diseño sismoresstente de puentes

7/27/2019 Diseo sismoresstente de puentes

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Lineamientos paraelDiseo Sismorresistente

de Puentes

Marzo 2013

Colegio Federado de Ingenieros y de Arquitectos de Costa Rica

Comisin Permanente de Estudio y Revisin del Cdigo Ssmico de Costa Rica


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Lineamientos para elDiseo Sismorresistente

de Puentes

Colegio Federado de Ingenieros y de Arquitectos de Costa Rica

Comisin Permanente de Estudio y Revisin del Cdigo Ssmico de Costa Rica

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Colabor en contenido, diagramacin e impresin:

Laboratorio Nacional de Materiales y

Modelos Estructurales

CP 11501 - 2060, San Jos, Costa Rica

Tel: (506) 2511 - 2500

Fax: (506) 2511 - 4440

E-mail: [email protected]

web: http://lanamme.ucr.ac.cr


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ii Lineamientos para el diseo sismorresistente de puentes

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Contenidos

Presentacin ................................................................................vii

Captulo 1Filosofa y objetivos

1.1 Filosofa .................................................................... 9

1.2 Alcance .................................................................... 101.3 Objetivos .................................................................... 11

1.4 Especicacionesypublicacionesautilizar ..............12

1.5 Suposiciones generales .............................................. 14

Captulo 2Determinacin de la demanda ssmica

2.1 Generalidades ..........................................................152.2 Inuenciadelsitiodecimentacin ....................................20

2.3 Tipos de sitio de cimentacin .................................... 22

2.3.1 Generalidades .............................................. 22

2.3.2 Denicindelosparmetros

geotcnicos ........................................................ 25

2.4 Determinacin del espectro de

diseo - procedimiento general .................................... 26

2.5 Determinacin del espectro de

diseo-procedimientoespecco ....................................28


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iv Lineamientos para el diseo sismorresistente de puentes

2.5.1 Anlisis de amenaza ssmica

desitioespecco ..............................................29

2.5.2 Anlisis de respuesta dinmica

para el sitio ........................................................ 30

2.6 Efectosdeamplicacinespectralpor

presencia cercana de una falla .................................. 30

2.7 Historia de aceleraciones para la evaluacin

de la respuesta dinmica del sitio .................................... 34

Captulo 3Clasicacin y mtodos de diseo estructural

3.1 Clasicacinoperacional ..............................................37

3.2 Estrategias para el diseo de

sistemas sismorresistentes .............................................. 37

3.3 Categoras de diseo ssmico y

zonas de desempeo ssmico .................................... 403.4Factoresdemodicacindelarespuesta .........................42

3.5 Mtodos de diseo estructural ................................... 42

3.5.1 Mtodo de fuerzas .............................................. 42

3.5.2 Mtodo de desplazamientos ......................... 43

3.6 Puentes temporales ......................................................... 43

Captulo 4Puentes simples de un solo tramo

4.1 Generalidades ......................................................... 45

4.2 Caractersticas de un puente simple de

un solo tramo .................................................................... 46

4.3 Cargas y combinaciones de cargas ......................... 47

4.3.1 Cargas permanentes y

temporales ......................................................... 47

4.3.2 Cargas de sismo .............................................. 47

4.3.3 Factores y combinaciones de cargas ................ 49


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4.4 Diseo de los bastiones ...................................................... 49

4.5 Diseo de los apoyos ...................................................... 50

4.6 Diseo de las llaves de cortante ........................................... 50

4.7 Longitud de asiento mnima ...................................................... 51

Captulo 5Rehabilitacin de puentes existentes

5.1 Generalidades ................................................................. 53

5.2 Proceso para el diseo estructural de una

rehabilitacin ssmica ...................................................... 535.3 Niveles de desempeo para

rehabilitacin ssmica ...................................................... 56

5.4 Niveles de sismo ................................................................. 57

5.5 Clasicacinporimportancia

operacional ............................................................................ 57

5.6 Vidadeservicioremanente ......................................................58

5.7 Seleccin del nivel de desempeo ................................. 59

5.8 Puentesexentos .................................................................59

5.9 Determinacin del nivel de

riesgo ssmico ................................................................. 60

5.10 Categoras de rehabilitacin

ssmica (CRS) ................................................................. 60

5.11 Proceso de rehabilitacin para un sismo denivel inferior y un sismo de nivel superior ................................. 62

5.12 Requisitos mnimos ................................................................. 62

5.13 Diagnstico preliminar y priorizacin ................................. 63

5.14 Evaluacin detallada ...................................................... 64

5.14.1 Generalidades ...................................................... 64

5.14.2 Nivel de sismo para una evaluacin detallada

y el diseo de la rehabilitacin ................................. 645.14.3 Vida de servicio remanente requerida ...................... 65

Lineamientos para el diseo sismorresistente de puentes


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5.14.4 Nivel de desempeo .................................... 65

5.14.5 Mtodos de evaluacin .................................... 65

Referencias ..................................................................................... 69

Anexo 1 .....................................................................................71

Diagramadeujoparaeldiseosismorresistentesegnlas

especicacionesAASHTOLRFD2012

Anexo 2 .....................................................................................75

Diagramadeujoparaeldiseosismorresistentesegnlagua

AASHTO LRFD 2011


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Presentacin

La Comisin Permanente de Estudio y Revisin del Cdigo Ssmico de CostaRica, creada en 1974 en el Colegio Federado de Ingenieros y de Arquitectos, a travsde su Comit de Puentes, trabaja actualmente en la redaccin del Cdigo Ssmico dePuentes de Costa Rica. La elaboracin de este cdigo responde a la necesidad de

contar con una normativa adecuada para el diseo sismorresistente de los puentesenelpasyrepresentaunatareaextensadebidoaqueeselprimercdigodepuentescon que va a contar Costa Rica y se pretende que est actualizado con los criteriosms modernos de diseo por desplazamientos.

En vista de la urgencia que tiene el pas de disponer de reglas claras paralosprximosprocesosdelicitacin,paraeldiseoy rehabilitacindenumerosos

puentes, la Comisin ha considerado pertinente establecer los lineamientos para eldiseo y la rehabilitacin sismorresistente de puentes a travs de este documento,

mientras se completa y publica el Cdigo Ssmico de Puentes de Costa Rica. Elcontenido de este documento ha sido adaptado de los captulos que se han estadopreparando para el cdigo de puentes.

El Comit de Puentes ha sido integrado por la mayora de los miembros de laComisin y por otros profesionales relacionados con las actividades de diseo yconstruccindepuentes,tantodeinstitucionespblicascomoprivadas.Eltrabajo

del Comit se organiz a travs de subcomits tcnicos que recopilaron y analizaronlainformacintcnicaycientcadisponibleparaprepararlosinformesquefueron

presentados al Comit, donde fueron estudiados, discutidos y aprobados.


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viii Lineamientos para el diseo sismorresistente de puentes

Es importante reconocer el apoyo tcnico y logstico brindado por el Lanamme atravs de los profesionales de la Unidad de Puentes del Programa de Infraestructuradel Transporte (PITRA), quienes tuvieron una importante participacin y brindaron

todas las facilidades para que este documento se completara oportunamente.Tambin el aporte que los profesionales del MOPT y del CONAVI han dado ha sidofundamental para que este documento tenga una efectiva utilizacin.

Conamosenqueestedocumentovaacolaborarparaquemejorelacalidadde

losdiseosdelospuentesnuevosydelasrehabilitacionesdepuentesexistentes,lo

que sin duda aumentar la seguridad de los usuarios de las vas de comunicacinde nuestro pas.

La Comisin Permanente de Estudio y Revisin del Cdigo Ssmico de Costa Ricaagradeceelapoyoylaconanzaqueharecibidoininterrumpidamentedepartede

la Junta Directiva General del CFIA, as como a la Asamblea de Representantes quedio su aprobacin a este documento.

Roy Acua Prado

Presidente CPCSCR

Marzo, 2013


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1.1 Filosofa

Los lineamientos presentados en este documento establecen los requisitos mnimospara el anlisis, diseo y rehabilitacin sismorresistente de puentes que se construyan enelterritoriodelaRepblicadeCostaRica,segnelalcancedenidoenelartculo1.2.

Todos los dems aspectos requeridos para el diseo estructural de puentes se

rigen por lo establecido en los documentos indicados en el artculo 1.4.

Los requisitos de diseo ssmico incluidos en este documento emplean lametodologa del diseo por factores de carga y resistencia (LRFD por sus siglas eningls). Los factores se basan en el conocimiento estadstico actual de las cargas yelcomportamientodelasestructurassegnrecomendacionesdelosdocumentos

indicados en el artculo 1.4.

Independientementedel gradoderenamiento en elanlisisydiseoestructural

o de la calidad de la construccin, es necesario procurar que todos los puentes estnconcebidos en cuanto a su sistema resistente a cargas laterales y verticales, proyectadosen el aspecto estructural con adecuadas condiciones de simetra y regularidad, as comocon una seleccin cuidadosa de materiales, detalles y mtodos constructivos.

El diseo sismorresistente es un diseo gobernado por desplazamientos ydeformaciones internas, pues ese es el efecto que induce la accin ssmica sobre laestructura.Setolerandeformacionesinternasqueexcedanelrangoelsticodelos

materiales, siempre que en el diseo de los elementos y componentes se tomen lasmedidas necesarias para evitar prdidas sensibles en su resistencia que puedanafectar la integridad y estabilidad de la estructura, as como su capacidad de resistircargas como sistema.

Filosofa y objetivos1


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10 Lineamientos para el diseo sismorresistente de puentes

Las disposiciones contenidas en este documento representan requisitos mnimosen procura de un adecuado desempeo de los puentes ante el efecto de los sismos.No obstante, la responsabilidad del profesional a cargo del diseo no debe limitarse

al cumplimiento acrtico de estas disposiciones, sino a procurar la satisfaccin de losobjetivosdenidosenelartculo1.3,adoptando,deserpreciso,criteriosalternativosms

rigurosos que los que se establecen en este documento.

Es tcitamente aceptado que, por la naturaleza aleatoria del fenmeno ssmico y laslimitaciones inherentes al conocimiento del comportamiento de materiales y estructurasduranteestosfenmenos,elcumplimientodelosobjetivosdenidosenelartculo1.3solo

es alcanzable en trminos probabilsticos.

Se prohibe para cualquier tipo de puente, el uso de bastiones formados por gaviones.

1.2 Alcance

Los lineamientos establecidos en este documento son aplicables al diseo yrehabilitacin sismorresistente de puentes vehiculares, puentes ferroviarios, puentespeatonales segn se establece en las especicaciones y publicaciones que se

indican en el artculo 1.4 de este lineamiento.

Los puentes colgantes, atirantados, tipo cercha, tipo arco, mviles y aquellosproyectados especcamenteparasoportar servicios generales talescomoagua,

electricidad, bra ptica y otros no estn cubiertos por las especicaciones y

publicaciones indicadas en el artculo 1.4. Por lo tanto, es responsabilidad delprofesional a cargo del diseo determinar si se pueden aplicar las disposicionesincluidas en dichos documentos y en este lineamiento y debe considerar otroscriteriosdediseoespeccosparaestetipodepuentes.

Aquellos puentes vehiculares que cuentan con al menos un tramo con una luzlibre mayor que 150 m y que son de gran importancia o que tienen un elevadocosto, deben ser objeto de estudios especcos de amenaza ssmica para sus

sitiosdeubicacinydeunanlisisriguroso.Paraestospuentessedebendenir

criterios de diseo adicionales a los establecidos en este documento de acuerdoconsuimportancia,vidaeconmicatilyconsecuenciasdeposiblesdaosparala

sociedad.

El uso de dispositivos especiales tales como sistemas de aislamiento ssmicoosistemasparaelincrementodelamortiguamientoestructural,utilizadosconelndemodicarymejorarlarespuestassmicadelaestructuranoestnprohibidos;

sin embargo, es responsabilidad del profesional a cargo del diseo estructural


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dao. El puente debe mantener su integridad estructural durante y despus delsismo y permitir una segura evacuacin, pero podra sufrir daos graves en suestructura o en sus componentes no estructurales.

b. Enpuentescrticosyanteunsismomximocrebleconunperododeretornode

2500 aos (o alternativamente para un sismo con un perodo de retorno de 1000aosmultiplicadoporunfactordeimportanciaI=1.25segntabla3.1),seprotege

la vida y se permite una segura evacuacin de quienes circulan o estn a punto decircular por el puente en el momento del sismo. Adicionalmente, ante sismos conunperododeretornodeaproximadamente1000aos(I=1.0segntabla3.1),el

puente debe permitir su uso inmediato para vehculos de emergencia y seguridadypermitirtodotipodetrcoenunperodomximode7dasdespusdelsismo,

aunque podra requerir reparaciones mayores para adecuar su estructura, lascualesseharansininterrumpirdemaneratotaleltrcodevehculosopersonas,

c. Enpuentesesencialesyantesismosconunperododeretornodeaproximadamente

1000aos(I=1.0segntabla3.1),seprotegelavidaysepermiteunasegura

evacuacin de quienes circulan o estn a punto de circular por el puente en elmomento del sismo. Adicionalmente, y ante sismos con un perodo de retorno deaproximadamente500aos(I=0.80segntabla3.1),elpuentedebepermitir

su uso inmediato para vehculos de emergencia y de seguridad y permitir todo

tipodetrcoenunperodomximode7dasdespusdelsismo,aunquepodrarequerir reparaciones mayores para adecuar su estructura, las cuales se haran sininterrumpirdemaneratotaleltrcodevehculosopersonas,

d. Enotrospuentesyantesismosconunperododeretornodeaproximadamente

500 aos (o alternativamente para un sismo con un perodo de retorno de 1000aos multiplicado por un factor de importancia I = 0.80 segn tabla 3.1), se

protege la vida de quienes circulan o estn a punto de circular por el puente enel momento del sismo, evitando el colapso parcial o total de la estructura y de

aquellos componentes no estructurales (rtulos, iluminacin, etc.) capaces decausar dao. El puente debe mantener su integridad estructural durante y despusdel sismo y permitir una segura evacuacin, pero podra sufrir daos graves en suestructura o en sus componentes no estructurales.

Adicionalmente, el diseo ssmico se debe basar en la seleccin de un sistemasismorresistente que desarrolle uno de los mecanismos plsticos que se describen en elartculo 3.2.

1.4 Especicaciones y publicaciones a utilizar

El diseo y la rehabilitacin sismorresistente de puentes en Costa Rica debensatisfacerlosrequisitosincluidosenlasespecicaciones,laguaolosmanualesquese


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indicanacontinuacin,exceptodondeseanmodicadospordisposicionesincluidasen

estedocumento:

Paraeldiseodepuentesvehicularesnuevos:

a. AASHTOLRFDBridgeDesignSpecications,SixthEdition.AmericanAssociation

ofStateHighwayandTransportationOfcials(AASHTO),2012.

b. AASHTOGuideSpecicationsforLRFDSeismicBridgeDesign,2ndEdition.

AmericanAssociationofStateHighwayandTransportationOfcials(AASHTO),

2011.

Paraeldiseodepuentesferroviarios:

c. AREMA Seismic Design for Railway Structures. American Railway Engineeringand Maintenance-of-Way Association, 2012.

Paraeldiseodepuentespeatonales:

d. AASHTOLRFDGuideSpecicationsforDesignofPedestrianBridges,2nd

Edition.AmericanAssociationofStateHighwayandTransportationOfcials

(AASHTO), 2009.

Paraeldiseodelarehabilitacindepuentesexistentes:

e. SeismicRetrottingManualforHighwayStructures:Part1-Bridges(Publication

N FHWA-HRT-06-032). Federal Highway Administration (FHWA), 2006.

Enloquecorrespondaalosaspectosconstructivos:

f. Manualdeespecicacionesgeneralesparalaconstruccindecarreteras,caminos

ypuentesCR-2010.MinisteriodeObrasPblicasyTransportes,2010.

g. AASHTO LRFD Bridge Construction Specications, 3rd Edition. American

AssociationofStateHighwayandTransportationOfcials(AASHTO),2010.

(Estaespecicacinseaplicaenaquellosaspectosquenocontradiganel

manualdeespecicacionesCR-2010)

Este documento hace referencia a disposiciones incluidas en cdigos y normasnacionaleseinternacionales.Seentiendequeestedocumentosereereespeccamente

a las versiones recin citadas. No obstante, el profesional responsable del diseoestructural debe tener presentes las reformas y cambios a dichos documentos posterioresa esta fecha de emisin en estricto apego a su mejor criterio profesional y a las reglas detica establecidas por el Colegio Federado de Ingenieros y de Arquitectos de Costa Rica.

1. Filosofa y objetivos


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El diseo de puentes se debe realizar utilizando el mtodo de fuerzas o el mtododedesplazamientos establecidosen laespecicacinAASHTO LRFDyen lagua

AASHTO LRFD, respectivamente.

De aqu en adelante se hace referencia a los documentos indicados, respectivamente,segnseindicaacontinuacin:

h. EspecicacinAASHTOLRFD

i. Gua AASHTO LRFD

ij. EspecicacinAREMA

k. EspecicacionesparapuentespeatonalesAASHTOLRFD

l. Manual de rehabilitacin ssmica FHWA

m. CR-2010

n. EspecicacionesdeconstruccinAASHTOLRFD

1.5 Suposiciones generalesEnlaredaccindeestedocumentosehatenidoporciertoque:

a. La estructura es diseada por profesionales responsables, poseedores decriterios y conceptos adecuados de estructuracin y diseo sismorresistente, conconocimientosyexperienciaacordesconlaimportanciadelpuente.

b. Duranteelprocesoconstructivoexisteuna inspeccinecazquegarantizaun

adecuado control de la calidad y el seguimiento de las disposiciones contempladaseneldiseooriginal,ascomolasadecuadasmodicacionesqueserequieran.

c. La construccin es ejecutada por personal debidamente calicado y

experimentado.

d. Los materiales estructurales cumplen con todos los requisitos especicados

previamente, tanto en los planos como en las especicaciones tcnicas del

proyecto.

e. Laestructurarecibeunmantenimientoadecuadodurantetodasuvidatil.f. En caso de daos durante un sismo, la estructura es debidamente reparada

para restituir y, de ser necesario, incrementar su capacidad resistente a sismosy adecuarla ssmicamente para que satisfaga los objetivos de desempeo.


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Determinacin de lademanda ssmica

22.1 Generalidades

Los procedimientos para el clculo de la demanda ssmica que se presenta enlasespecicacionesAASHTOLRFDensuartculo3.10.2yenlaguaAASHTOLRFD

en su artculo 3.4 se sustituyen por el procedimiento que se presenta a continuacin.

La demanda ssmica en un sitio se debe caracterizar mediante un espectro de

respuesta de aceleraciones. El procedimiento general para la determinacin de esteespectro de diseo se describe en el artculo 2.4 y en el artculo 2.5 se describenlos requisitos generales para la determinacin de la demanda ssmica utilizandoprocedimientosespeccosparaelsitio.Elespectrodependedelaamenazassmica

y de las caractersticas geotcnicas donde se encuentra emplazado el sitio.

Lazonicacinssmicade lagura2.1 divideel territoriocostarricenseen tres

zonas de amenaza ssmica ascendente denominadas zonas II, III y IV, caracterizadaspor aceleracin pico efectiva en roca (sitio de cimentacin S

1

, artculo 2.3) de 0.24, 0.36y0.48,respectivamenteyexpresadascomofraccindelagravedad.Elparmetrode

aceleracin pico efectiva, en vez de la aceleracin pico, es el parmetro del movimientodel terreno utilizado para designar la sacudida ssmica. Estos valores representan unasacudidassmicaconunaprobabilidaddeexcedenciadelsieteporcientoen75aos,

loqueequivaleaunperododeretornodeaproximadamente1000aos.

Los valores anteriormente mencionados de aceleracin pico efectiva en roca semodicantomandoencuentalascaractersticasgeotcnicasdelsitiodecimentacin

donde se ubica el puente.

Como alternativa para denir la demanda ssmica de un sitio, se pueden

utilizarprocedimientosdesitioespecco,asaber,metodologasparaevaluarla


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amenaza ssmica, para evaluar la respuesta dinmica del sitio o ambas, conformese establece en el artculo 2.5.

Las zonas de amenaza ssmica mostradas en la gura 2.1 fueron denidasmedianteestudiosdeamenazassmicaregionalesydesitioespeccoyadems

respetando la divisin poltica y administrativa vigente. En la tabla 2.1-1 se presentala zona ssmica asignada a cada cantn o, cuando es necesario, a cada distrito delpas. En el caso de que un puente se ubique en el lmite de dos zonas ssmicas sedebe considerar la zona de mayor amenaza ssmica.


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Provincia Cantn Distrito Amenaza ssmica

1. San Jos

1. San Jos Todos III2. Escaz Todos III

3. Desamparados Todos III

4. Puriscal

1. Santiago III

2. Mercedes Sur III

3. Barbacoas III

4. Grifo Alto III

5. San Rafael III

6. Candelarita III

7. Desamparaditos III

8. San Antonio III

9. Chires IV

5. Tarraz Todos III

6. Aserr Todos III

7. Mora Todos III

8. Goicoechea Todos III

9. Santa Ana Todos III

10. Alajuelita Todos III

11. Vzquez de Coronado Todos III

12. Acosta Todos III13. Tibs Todos III

14. Moravia Todos III

15. Montes de Oca Todos III

16. Turrubares

1. San Pablo III

2. San Pedro III

3. San Juan de Mata IV

4. San Luis III

5. Carara IV

17. Dota Todos III18. Curridabat Todos III

19. Prez Zeledn

1. San Isidro de El General IV

2. General III

3. Daniel Flores IV

4. Rivas III

5. San Pedro III

6. Platanares IV

7. Pejibaye IV

8. Cajn III

9. Bar IV

10. Ro Nuevo III

11. Pramo III

20. Len Corts Castro Todos III

TABLA 2.1-1. Zonas de amenaza ssmica por provincia, cantn y distrito

2. Determinacin de la demanda ssmica


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2. Alajuela

1. Alajuela Todos III

2. San Ramn Todos III

3. Grecia Todos III

4. San Mateo Todos III

5. Atenas Todos III

6. Naranjo Todos III

7. Palmares Todos III

8. Pos Todos III

9. Orotina Todos III

10. San Carlos

1. Quesada III

2. Florencia III

3. Buenavista III

4. Aguas Zarcas III

5. Venecia III

6. Pital II7. Fortuna III

8. Tigra III

9. Palmera III

10. Venado II

11. Cutris II

12. Monterrey II

13. Pocosol II

11. Alfaro Ruiz Todos III

12. Valverde Vega Todos III

13. Upala Todos II14. Los Chiles Todos II

15. Guatuso Todos II

3. Cartago

1. Cartago Todos III

2. Paraso Todos III

3. La Unin Todos III

4. Jimnez Todos III

5. Turrialba Todos III

6. Alvarado Todos III

7. Oreamuno Todos III

8. El Guarco Todos III

4. Heredia

1. Heredia Todos III

2. Barva Todos III

3. Santo Domingo Todos III

4. Santa Brbara Todos III

5. San Rafael Todos III

6. San Isidro Todos III

7. Beln Todos III

8. Flores Todos III

9. San Pablo Todos III

10. Sarapiqu

1. Puerto Viejo II

2. La Virgen III

3. Horquetas III

4. Llanuras del Gaspar II

5. Curea II


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5. Guanacaste

1. Liberia Todos III

2. Nicoya Todos IV

3. Santa Cruz Todos IV

4. Bagaces Todos III

5. Carrillo Todos IV

6. Caas Todos III

7. Abangares Todos III

8. Tilarn Todos III

9. Nandayure Todos IV

10. La Cruz

1. La Cruz III

2. Santa Cecilia II

3. Garita II

4. Santa Elena III

11. Hojancha Todos IV

6. Puntarenas

1. Puntarenas

1. Puntarenas III

2. Pitahaya III

3. Chomes III

4. Lepanto IV

5. Paquera IV

6. Manzanillo III

7. Guacimal III

8. Barranca III

9. Monte Verde III

10. Isla del Coco IV

11. Cbano IV

12. Chacarita III

13. Chira IV

14. Acapulco III

15. El Roble III

16. Arancibia III

2. Esparza Todos III

3. Buenos Aires

1. Buenos Aires III

2. Volcn III3. Potrero Grande III

4. Boruca IV

5. Pilas IV

6. Colinas o Bajo de Maz IV

7. Chnguena IV

8. Bioley III

9. Brunka III

4. Montes de Oro Todos III

5. Osa Todos IV

6. Aguirre Todos IV7. Golto Todos IV



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6. Puntarenas

8. Coto Brus

1. San Vito III

2. Sabalito III

3. Aguabuena IV

4. Limoncito III5. Pittier III

9. Parrita Todos IV

10. Corredores Todos IV

11. Garabito Todos IV

7. Limn

1. Limn Todos III

2. Pococ

1. Gupiles III

2. Jimnez III

3. Rita II

4. Roxana II

5. Cariari II6. Colorado II

3. Siquirres Todos III

4. Talamanca Todos III

5. Matina Todos III

6. Gucimo

1. Gucimo III

2. Mercedes III

3. Pocora III

4. Ro Jimnez III

5. Duacar II

Fuente: Divisin territorial administrativa de la Repblica de Costa Rica. Instituto Geogrco

Nacional. MOPT, 2009.

2.2 Inuencia del sitio de cimentacin

El sitio de cimentacin es el lugar de emplazamiento de un puente cuyas

caractersticas geotcnicas generan modicaciones especcas en la demandassmica. Los diferentes tipos de suelo y los espesores de cada estrato puedenmodicar la sacudida ssmica, especcamente las amplitudes y contenido de

frecuencias, a partir del basamento rocoso. El comportamiento ssmico del puenteest fuertemente relacionado con las caractersticas de la sacudida ssmica y portanto, con los diferentes tipos de sitios de cimentacin.

Enestedocumentosedenenycaracterizancuatrotiposdesitiosgeotcnicos

(S1, S

2, S

3y S

4) que se describen en el artculo 2.3. Un quinto tipo se reserva para

los casos en que se requiera un estudio de respuesta dinmica (S5). Los valores dela aceleracin pico efectiva de las tres zonas de amenaza ssmica y los factores derespuesta C

ay C

v(tabla 2.4-1), de los cuatro sitios de cimentacin que se describen


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en el artculo 2.3 se utilizan para construir los espectros elsticos como se describeen el artculo 2.4.

En el caso en que se deba realizar un anlisis de respuesta dinmica del sitio, laconstruccindeespectrosserealizasegnloestipuladoenelartculo2.5.

Si las condiciones geotcnicas en los estribos o las pilas intermedias del puenteimplican diferentes tipos de sitios de cimentacin, entonces los factores geotcnicospueden ser denidos en un estudio de respuesta de sitio especco para los

diferentesperlesgeotcnicos,segnloestipuladoenelartculo2.4.Encasodeque

noserealiceunestudiodesitioespecco,bajolaguadelprofesionalresponsable

deldiseo,sepuedegenerarunnicoespectroenvolventetomandolosmximos

valores espectrales de cada uno de los espectros generados para las diferentescondiciones geotcnicas detectadas en los sitios de estribos, bastiones y pilas.

Figura 2.1. Zonas de amenaza ssmica



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Sitio geotcnico de

cimentacinPerl estratigrco

Velocidad de onda cortante promedio

ponderada en los 30 m superciales (vs)

S1

Roca 760 m/s < (vs)

S2

Suelo muy denso y roca suave 360 m/s < (vs) 760 m/s

S3 Suelo rgido 180 m/s < (vs) 360 m/s

S4

Suelo suave (vs) < 180 m/s

S5Sitios que requieren de una evaluacin especca de la respuesta ssmica segn la

investigacin preliminar

vs

= velocidad de onda cortante promedio ponderada para los 30 m superiores del perl de suelo como est

denida en el inciso 2.3.2

TABLA 2.3-1. Clasicacin del sitio geotcnico de cimentacin con base en la velocidad de onda cortante

TABLA 2.3-2. Clasicacin del sitio geotcnico de cimentacin con base en la resistencia del medio

Sitio geotcnico de

cimentacin

Nmero de golpes de la prueba SPT,

promedio ponderado de los 30 m super-

ciales (N)

Resistencia al corte no drenada, promedio

ponderado de los 30 m superciales (su)

S2 50 (N) 100 kPa < (su)

S3 15 (N) < 50 50 kPa < (su) 100 kPa

S4

(N) < 15 (su) 50 kPa

S5

Cualquier perl con estratos de turba o suelo altamente orgnico con espesor mayor de3.0 m, arcilla de plasticidad muy alta (IP>75) con espesor mayor de 7.5 m o arcilla suave

o de mediana rigidez con espesor mayor de 30 m

N=nmerodegolpesporcada300mmdelapruebadepenetracinestndar

(ASTMD1586),promediadoyponderadoparalos30msuperioresdelperlde

suelo,corregidoporecienciaenergtica,comoseestableceenelinciso2.3.2

su=resistenciaalcortenodrenadaenkPa(ASTMD2850oD2166)promediadayponderadaparalos30msuperioresdelperldesuelo,comoseestableceen

el inciso 2.3.2

IP=ndicedeplasticidad(ASTMD4318)

Excepciones:sepuedenutilizarotrasmedidasdelaresistenciadelsuelopara

determinar el sitio de cimentacin siempre que se utilice una norma ASTM y elresultadocerticadodemuestrelaequivalenciadeparmetrosconlosdeestatabla.


29/90

25

2.3.2 Denicin de los parmetros geotcnicos

Las deniciones presentadas a continuacin deben ser aplicables a los 30

metrossuperioresdelperlgeotcnicodelsitio.Losperlesconestratosclaramentediferentesdebensersubdivididosennnmerodeestratos,designndosede1an

estosestratosdiferentesenlos30msupercialesdelsitiodeemplazamiento.

a. La velocidad de onda cortante promedio ponderada,vs, para el perl

geotcnicodebesercalculadacomo:

donde hiy vison respectivamente los espesores (en metros) y velocidades decadaunodelosnestratosquecomponenlos30metrossupercialesdelsitio.

b. Laresistenciaalapenetracinestndarpromedioponderada,N,paraelperl

geotcnicodebesercalculadacomo:

donde hiy Nisonrespectivamentelosespesores(enmetros)ylosnmerosdegolpesdecadaunodelosnestratosquecomponenlos30metrossuperciales

del sitio.

esunfactordecorreccinporecienciaenergticadelequipodeensayo

utilizado. En ausencia de informacin sobre las caractersticas del equipo, elfactor de correccin no puede ser un valor superior a 0.75.

c. La resistencia no drenada promedio ponderada, su,paraelperlgeotcnico

debesercalculadacomo:

[2.3-1]

[2.3-2]

[2.3-3]


N 30

30

30


30/90


donde hi y sui son respectivamente los espesores (en metros) y resistenciasno drenadas de cada uno de los n estratos que componen los 30 metrossupercialesdelsitio.

2.4 Determinacin del espectro de diseo - procedimientogeneral

La construccin del espectro elstico para sitios de cimentacin S1a S

4mediante el

procedimientogeneralseilustraenlagura2.2ysedeterminasegnlasexpresiones

2.3-4a2.3-6:

Para

Para

Para

Figura 2.2. Forma espectral elstica

[2.3-4]

[2.3-5]

[2.3-6]

Perodos de control

Perodo T (s)

2.5*Ca

ToTa Ts

Ca

Cv

Cv

2.5*Ca

0.2*Ts

Ts =

Ta =T

Sa


31/90

27

donde:

Sa =formaespectraldepseudoaceleracinexpresadacomofraccindeg.

=coeficientesssmicosespectrales,paralosperodoscortoylargo,

respectivamente, especificados en la tabla 2.4-1. Ntese queCa corresponde a la aceleracin pico efectiva expresada como

fraccin de g.

T=perodo fundamental de vibracin del puente en la direccin

considerada (segundos).

To=perodobajodondeelvalorespectralesigualalaaceleracinefectiva

(=0.01segundos).

Ta =perododecontrolenelespectro=0.2*Ts (en segundos).

Ts=perododecontrolenelespectro=(ensegundos).

LoscoecientesssmicosespectralesCa y Cv se presentan en la tabla 2.4-1 y

fueron derivados a partir de los valores presentados en IBC 2009, la gua AASHTOLRFD y otros, los cuales estn basados en lo sugerido por Dobry et al. (2000).

Los espectros construidos mediante este procedimiento corresponden a unamortiguamiento del 5% y no incluyen las modicaciones que puede implicar la

presencia de una falla en la cercana del sitio (ver artculo 2.6).

Cv

2.5 * Ca

Coecientes ssmicos

espectralesC

aC

v

Sitio de cimentacinZona de amenaza ssmica Zona de amenaza ssmica

II III IV II III IVS

10.240 0.360 0.480 0.240 0.360 0.480

S2

0.278 0.374 0.480 0.374 0.518 0.634

S3

0.317 0.410 0.490 0.461 0.605 0.730

S4

0.360 0.367 0.432 0.730 0.922 1.152

TABLA 2.4-1. Coecientes ssmicos espectrales Cay C

v


Ca y Cv


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2.5 Determinacin del espectro de diseo - procedimientoespecco

Sedeberealizarunanlisisdeamenazassmicadesitioespeccosisepresentaalgunadelassiguientescircunstancias:

a. El puente cuenta con al menos un tramo con una luz libre igual o mayor que150msegnseindicaenelartculo1.2.

b. El puente es considerado como crtico o esencial de acuerdo con laclasicacindeimportanciaestablecidaenelartculo3.1deestedocumento.

c. ExisteinformacinnuevanocontempladaenelAtlastectnicodeCostaRica(Denyer, P., et al., 2003 y 2009) sobre una o ms fuentes ssmicas activas amenos de 10 km del sitio, con capacidad de generar sismos de magnitudM

W=6omayor.

Se debe realizar un anlisis de respuesta dinmica de sitio para la sacudidassmicasielsitiodecimentacinclasicacomoS

5,segnsedeneenelartculo2.3.

Si el sitio est localizado a menos de 5 km de una falla activa conocida capaz de

producir un sismo de magnitud MW=6.5omayor,sedebenevaluarlosefectosdelasacudidaenlacercanaalafalla,segnsedescribeenelartculo2.6.

Se debe utilizar un procedimiento de sitio especco para desarrollar los

espectros de respuesta dinmica para el diseo cuando sea requerido, de acuerdoconloestipuladoenelartculo2.1.Losprocedimientosdesitioespecco,como

se mencion en el artculo 2.1, pueden ser metodologas para evaluar la amenazassmica, para evaluar la respuesta dinmica del sitio o ambas.

Cuando el espectro de respuesta es desarrollado utilizando un anlisis de amenazassmicadesitioespecco,unanlisisderespuestadinmicadelsitiooambos,el

espectro no debe ser inferior a dos tercios del espectro de respuesta determinadoutilizando el procedimiento general del artculo 2.4 en la regin comprendida entre0.5T

Fy 2T

Fdel espectro, donde T

Fes el perodo fundamental del puente. Para otros

anlisis, tales como la evaluacin de la licuacin y para el diseo estructural de murosderetencin,laaceleracindecampolibre(free-eldacceleration)enlasupercie

delterrenonodebesermenorquedosterciosdelaaceleracinpicoefectivadenida

en el procedimiento general.


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29

2.5.1 Anlisis de amenaza ssmica de sitio especco

Si se aplica la metodologa probabilstica para evaluar la amenaza ssmica, el

anlisisdesitioespeccoqueselleveacabodebegenerarunespectroderespuestaparaunaprobabilidaddeexcedenciadel7%en75aos(correspondeaunperodo

deretornodeaproximadamente1000aos)en losperodosdelrangode inters.

Esteanlisisdebedenirlosiguiente:

a. Las fuentes ssmicas que afectan el sitio, contemplando la sismicidad deCosta Rica y alrededores, el marco tectnico de la regin y las estructurasque aparecen en el Atlas tectnico de Costa Rica (Denyer, P., Montero, W. yAlvarado, G.E., 2003 y 2009).

b. Unamagnitudmximaparacadaunadelasfuentesssmicas.

c. Una relacin de atenuacin que proporcione la media de los movimientosespectralesydenalasrespectivasdesviacionesestndarparalosperodos

considerados.

d. Unarelacinde recurrenciapara lamagnitudyelnmerodesismospara

cada fuente ssmica.

e. Una relacin entre la longitud de ruptura de la falla o rea de ruptura de lafuente y la magnitud para cada una de las fuentes ssmicas.

Si se aplica la metodologa determinstica para evaluar la amenaza ssmica, elanlisisdesitioespeccoqueselleveacabotambindebedenirloselementos

arribacitadossalvoporlarelacinderecurrencia.Elespectrodesitioespeccoque

segeneraraenlasuperciedelterrenodebeserajustadoporloscoecientesdela

tabla 2.4-1. El espectro generado no debe ser inferior a dos tercios del espectro derespuesta determinado utilizando el procedimiento general del artculo 2.4, para unaprobabilidaddeexcedenciadel7%en75aos(correspondeaunperododeretorno

de 1000 aos), en la regin comprendida entre 0.5TF y 2TF del espectro, donde TFes el perodo fundamental del puente. Lo mismo se aplica para la aceleracin picoefectivadenida.

Para el caso de que el uso de un espectro determinsitico sea apropiado, elespectropuedesercualquieradelossiguientes:

f. La envolvente de espectros medios calculados para sismos caractersticos

mximosdelasfuentes(ofallas)activasdenidas.

g. Espectrosdeterminsticosparacadafallayenelcasodenodenirningunocomo

solicitacin controladora, todos ellos deben ser aplicados durante el diseo.



34/90


Lasincertidumbresenladenicindelasfuentesylaestimacindelosparmetros

deben ser tomadas en consideracin en los anlisis probabilsticos y determinsticos.La evaluacin de la amenaza ssmica debe ser documentada detalladamente, y en

ciertoscasos,puedesernecesariaunarevisinporunpaneldeexpertos.

2.5.2 Anlisis de respuesta dinmica para el sitio

Cuando se sugiere llevar a cabo anlisis para determinar los efectos de respuestadinmicadelestratodesueloenelsitio,segnseestipulaenlosartculos2.1y2.3,

lainuenciadelascondicioneslocalesdelsitiodebeserdeterminadamediantela

informacin generada durante una investigacin geotcnica apropiada y rigurosa

para el sitio y procedimientos aceptados para realizar el anlisis.

Los mtodos para llevar a cabo los anlisis de la respuesta dinmica delmovimientodelterrenodebenincluireldesarrollodeunmodelodelperldelsuelo

y la aplicacin de un algoritmo numrico para modelar el efecto de la propagacindelasondasssmicasdesdeelbasamentorocosohastalasuperciedelterreno,

utilizando sacudidas ssmicas representativas. Se debe utilizar un mnimo de treshistorias de aceleracin que contemplen las posibles sacudidas generadas por elmarco tectnico del sitio.

2.6 Efectos de amplicacin espectral por presencia cercanade una falla

Para casos en que los sitios de puente se ubiquen a menos de 5 km de unafalla activa y que esta tenga el potencial de generar un sismo de magnitud M

W=6.5

o mayor, se debe considerar los efectos del campo cercano de la falla. Las fallas

activasselistanenlatabla2.6-1yseubicanenlagura2.4,basadasenelAtlastectnico de Costa Rica (Denyer et al., 2003 y 2009) as como en las referenciasMontero,W.yAlvarado,G.E.,1988ylafallaParritaenCliment,A.,2007.

Los espectros del artculo 2.4 deben ser modicados por los factores de

amplicacin que Huangetal., 2008proponen para tomarencuenta los efectos

defallacercana.Estos factoresson:1.2 paraperodoscortos, 1.5 paraperodos

intermedios y 2.0 para perodos largos. La construccin de estos espectros se ilustraenlasguras2.3ay2.3bysedeterminansegnlasexpresiones2.6-1a2.6-4:


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31

Perodos de control

Perodo T (s)

3.0*Ca

1.2*Ca

To

1.5*Cv

Cv

2.0*Ca

Ts,fc =

T0.735

1.5*Cv

T 0.2*Ta,fc =

TL = 1 seg

TLTs,fcTa,fc

Ts,fc

Sa

Figura 2.3a. Forma espectral para sitios S1, S2 y S3 con efectos de falla cercana

Figura 2.3b. Forma espectral para sitios S4 con efectos de falla cercana

Perodos de control

Perodo T (s)

3.0*Ca

1.2*Ca

To

1.5*Cv

Cv

2.0*CaTs,fc =

T0.735

0.2*Ta,fc =

TL = exp(In[Cv/2*Ca]/0.735)

TLTa,fc

Ts,fc

Sa



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Para

Para

Para

Para

donde:

Sa = formaespectraldepseudoaceleracin,expresadacomofraccindeg.

= coecientes ssmicos espectrales, para los perodos corto y largo,

respectivamente,especicadosenlatabla2.4-1.NtesequeCacorresponde

alaaceleracinpicoefectivaexpresadacomofraccindeg.

T = perodofundamentaldevibracindelpuenteenladireccinconsiderada

(segundos).

To = perodobajodondeelvalorespectralesigualalaaceleracinefectiva

(=0.01segundos).

Ta,fc = perododecontrolenelespectroparafallacercana=0.2* Ts,fc(segundos).

Ts,fc = perododecontrolenelespectroparafallacercana=

(segundos).

TL = perododecontrolenelespectro(segundos).

= 1,0segundo,parasitiosdecimentacinS1, S2 y S3

= parasitiosdecimentacinS4.

[2.6-1]

[2.6-2]

[2.6-3]

[2.6-4]

a,fc

a, fc s, fc

Ls, fc

8 + 1.2*Ca

3.0

1.5*

2.0

Ca y Cv


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Figura 2.4. Fallas activas que tienen un potencial de generar un sismo de magnitud MW = 6.5o mayor que deben considerarse para efectos de falla cercana, modicado del Atlas tectnico

de Costa Rica y Montero, W. y Alvarado, G.E., 1988 y la falla Parrita en Climent, A., 2007,respectivamente para las fallas Bagaces y Parrita.

2.7 Historia de aceleraciones para la evaluacin de la

respuesta dinmica del sitio o para anlisis dinmicosinelsticos de estructuras

Se requieren las historias de aceleraciones o acelerogramas durante la evaluacinde la respuesta dinmica del movimiento del terreno o para los anlisis dinmicosinelsticos de las estructuras de puentes. Los acelerogramas deben ser congruentescon el marco tectnico y sismolgico del sitio, as como con las condiciones localesdel sitio, incluido el espectro de respuesta calculado para el sitio.

Se deben desarrollar acelerogramas compatibles con los espectros de respuesta apartir de registros reales de movimientos fuertes del terreno. Se pueden aplicar tcnicasanalticasparaajustarunacelerogramarealaunespectrodenido,siempreycuando

se demuestre que la historia de aceleraciones obtenida es sismolgicamente realista y


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40/90




41/90

37

Clasicacin y mtodosde diseo estructural

33.1 Clasicacin operacional

LaclasicacinoperacionalquesepresentaenlasespecicacionesAASHTO

LRFDensuartculo3.10.5yenlaguaAASHTOLRFDensuartculo3.1semodica

enestedocumentosegnsemuestraacontinuacin.

Lospuentesseclasicanencuatrocategorassegnsuimportanciaoperacional:

puentescrticos,puentesesenciales,puentesconvencionalesyotrospuentessegnse muestra en la tabla 3.1.

3.2 Estrategias para el diseo de sistemas sismorresistentes

Los requisitos incluidos en la seccin 3.3 de la gua AASHTO LRFD para determinarlaestrategiadediseodeunsistemasismorresistentesemodicasegnseindicaa

continuacin.

TodoslospuentesqueclasicancomodecategoradediseossmicoB,CoD,

segnsedescribeenelartculo3.3deestedocumento,debencontarconunsistema

sismorresistente fcilmente identicable. El diseo del sistema sismorresistente se

debe realizar seleccionando una estrategia de diseo ssmico que desarrolle uno delostresmecanismosplsticosquesepresentanacontinuacin:

Tipo 1 Subestructura dctil con superestructura esencialmente elstica:

incluye la formacin convencional de rtulas plsticas en las columnas, murosy bastiones que limitan las fuerzas inerciales mediante la movilizacin completade la resistencia pasiva del suelo. Tambin se incluyen las cimentaciones quepueden limitar las fuerzas inerciales mediante la formacin de rtulas por debajo


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del nivel del terreno, tales como vigas cabezales sobre pilotes y bastionesintegrales cimentados sobre pilotes.

Tipo2Subestructuraesencialmenteelsticacon una superestructuradctil:estacategoraseaplicanicamenteasuperestructurasdeaceroylaductilidades

alcanzadamedianteelementosdctilesubicadosenlosmarcoscontraventeados

de las pilas.

Tipo 3 Superestructura elstica y subestructura con un mecanismo fusible entreambas:estacategoraincluyeestructurasconaislamientossmicoyestructuras

donde se utilizan dispositivos de disipacin de energa, tales como amortiguadores,para controlar las fuerzas inerciales transferidas entre la superestructura y la

subestructura.

Este documento tambin obliga a la seleccin de uno de los tres tipos demecanismos plsticos.


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39

Clasicacin de

importancia

Descripcin

Factor de importancia

operacional

I

Puentes crticos

Puentes que se requiere estn en funcionamiento despus de un

sismo y son fundamentales para la actividad econmica a nivel

regional o nacional.

Puentes a lo largo de rutas estratgicas (vas de acceso hacia

hospitales, puertos, fronteras y aeropuertos).

Puentes a lo largo de rutas cantonales en zonas urbanas

importantes que conectan con rutas estratgicas.

Puentes que son requeridos para mantener los servicios pblicos

esenciales tales como el suministro de electricidad, agua e

hidrocarburos.

Puentes con un costo de construccin que excede los US$10 millones (al

2012).

Puentes a lo largo de rutas primarias sin rutas alternas similares.

1.25

Puentes

esenciales

Puentes diseados para soportar volmenes importantes de trco

o puentes a lo largo de rutas secundarias sin rutas alternas similares

que no cumplen con los requisitos para puentes crticos.

Puentes a lo largo de rutas primarias y secundarias con un trnsito

promedio diario (TPD) > 5000 vehculos que no clasican como

puentes crticos.

1.00

Puentes

convencionales

Puentes a lo largo de rutas primarias, secundarias y terciarias y

caminos cantonales que no cumplen con los requisitos para puentes

crticos y esenciales.

1.00

Otros puentes

Puentes temporales (vida til menor o igual a 3 aos).

Puentes que brindan acceso a propiedades privadas o a lo largo de

caminos dentro de dichas propiedades que no cruzan sobre vas

nacionales o cantonales y cuya falla no genere perjuicios a otros y

que no son crticos para mantener las comunicaciones.

0.80

TABLA 3.1 Clasicacin y factor de importancia operacional

3.Clasicacinymtodosdediseo


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41

Zona de amenaza

ssmica

CLASIFICACIN DE IMPORTANCIA OPERACIONAL Riesgo de que exista corri-

miento lateral por licuacinConvencionales / otros Crtico / esencial

II 2 3 4

III 3 3 o 4 (2) 4

IV 3 o 4 (1) 4 4

TABLA 3.2. Zonas de desempeo ssmico cuando se utilice la especicacin AASHTO LRFD

Notas:

1. Los puentes convencionales y otros puentes localizados en la zona de amenaza ssmica IV que

satisfacenlosrequisitosmnimosderegularidaddelartculo4.7.4.3delaespecicacinAASHTOLRFD

sepuedenclasicarcomozonadedesempeossmico3.Lospuentesquenosatisfacenlosrequisitosderegularidaddelartculo4.7.4.3sedebenclasicarcomozonadedesempeossmico4.

2. Los puentes crticos y esenciales localizados en la zona de amenaza ssmica III que satisfacen los

requisitosmnimosderegularidaddelartculo4.7.4.3de laespecicacinAASHTOLRFDsepueden

clasicar como zona de desempeo ssmico 3. Los puentes que no satisfacen los requisitos de

regularidaddelartculo4.7.4.3sedebenclasicarcomozonadedesempeossmico4.

Notas:

1. Los puentes convencionales y otros puentes localizados en la zona de amenaza ssmica IV que

satisfacen los requisitos mnimos de regularidad del artculo 4.2 de la gua AASHTO LRFD se pueden

clasicarcomocategoraC.Lospuentesquenosatisfacenlosrequisitosderegularidadestablecidos

enelartculo4.2sedebenclasicarcomocategoraD.

2. Los puentes crticos y esenciales localizados en la zona III que satisfacen los requisitos mnimos

deregularidaddelartculo4.2delaguaAASHTOLRFDsepuedenclasicarcomocategoraC.Los

puentesquenosatisfacenlosrequisitosderegularidadestablecidosenelartculo4.2sedebenclasicar

como categora D.

TABLA 3.3. Categoras de diseo ssmico (CDS) cuando se utilice la gua AASHTO LRFD

Zona de amenaza

ssmica

CLASIFICACIN DE IMPORTANCIA OPERACIONAL Riesgo de que exista corri-

miento lateral por licuacinConvencionales / otros Crtico / esencial

II B C D

III C C o D (2) D

IV C o D (1) D D



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3.4 Factores de modicacin de la respuesta

Las especicacionesAASHTOLRFD2012ensuartculo3.10.7contienen las

tablasconfactoresdemodicacindelarespuestaparaconexionesysubestructurassegnlaimportanciaoperacionaldelpuente.Latabladefactoresdemodicacin

parasubestructurassemodicasegnsemuestraenlatabla3.4.

3.5 Mtodos de anlisis

El anlisis para el diseo estructural de puentes se debe realizar utilizando elmtododefuerzasoelmtododedesplazamientosestablecidosenlaespecicacin

AASHTO LRFD y en la gua AASHTO LRFD, respectivamente.

3.5.1 Mtodo de fuerzas

LaespecicacinAASHTOLRFDproveetodoslosrequisitosquedebenseguirse

pararealizareldiseodeunpuenteporelmtododefuerzasunavezquesedenela

zonadedesempeossmicodelpuentesegnlatabla3.3.Enelanexo1sepresenta

el procedimiento de diseo con este mtodo.

TABLA 3.4.Factores de modicacin de la respuesta para subestructuras

TIPO DE SUBESTRUCUTRACategora operacional

Crtico Esencial Convencional y Otros

Pilas de muro - dimensin larga 1.5 1.5 2.0Pilas de columna-pilote de concreto reforzadoColumna-Pilote verticalColumna-Pilote inclinado

1.51.5

2.01.5

3.02.0

Pilas de columna sencilla 1.5 2.0 3.0

Pilas de columna-pilote de acero o compuestas (acero y

concreto)Columna-Pilote verticalColumna-Pilote inclinado

1.51.5

3.52.0

5.03.0

Pilas de columnas mltiples 1.5 3.5 5.0


47/90

43

3.5.2 Mtodo de desplazamientos

La gua AASHTO LRFD provee los requisitos que deben seguirse para realizar el

diseodeunpuentesegnelmtododedesplazamientosunavezquesedenelacategoradediseossmicodelpuentesegnlatabla3.2.Enelanexo2sepresenta

el procedimiento de diseo con este mtodo.

3.6 Puentes temporales

La denicin de puente temporal que se incluye en el artculo 3.10.10 de la

especicacin AASHTO LRFD y en el artculo 3.6 de la gua AASHTO LRFD se

modicasegnseindicaacontinuacin:

Unpuente temporal se denecomounaestructura quese construye enun

sitioparticularcomopartedeunproyectodesustitucindeunpuenteexistenteola

construccin de un puente nuevo a completarse en menos de tres aos.

Unpuente que nocumpla con lacondicin antesexpuestadebedisearse

como un puente permanente y debe cumplir con los requisitos para este tipo deestructura.

Todo puente temporal debe contar con una subestructura que provea la longituddeasientomnimaindicadaenelartculo4.7.4.4delasespecicacionesAASHTO

LRFD o el artculo 4.12 de la gua AASHTO LRFD.

El clculo de la fuerza de diseo de un puente temporal se describe en el artculo3.10.10delaespecicacinAASHTOLRFDyenelartculo3.6delaguaAASHTOLRFD.



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45

Puentes simples deun solo tramo

44.1 Generalidades

Lasespecicacionesparaeldiseoestructuraldepuentesdeunsolotramoque

seincluyenenlosartculos3.10.9.1,4.7.4.2y11.6.5delaespecicacinAASHTO

LRFD y en los artculos 4.1.1, 4.5 y 4.12 de la gua AASHTO LRFD son aplicablesnicamenteapuentessimplesdeunsolotramoquecumplenconlascaractersticas

que se enumeran en el artculo 4.2.

En caso de que un puente de un solo tramo no cumpla con las caractersticas delartculo 4.2 se debe realizar un anlisis detallado que incluya todos los requisitos dediseoexigidosporlaespecicacinAASHTOLRFD.

Para el diseo ssmico de puentes simples de un solo tramo, se permite realizarunanlisissimplicadoquepermiterealizareldiseodeconexionesybastionesde

acuerdoconlos requisitosincluidosenlaespecicacinAASHTOLRFDolagua

AASHTO LRFD y presentados en el artculo 4.3.2 de este documento.

Es necesario que el puente simple de un solo tramo sea diseado de manerapreliminar para las cargas de servicio, de acuerdo con la seleccin del tipo de puente,de los materiales y de las condiciones de los apoyos.

El diseo preliminar debe incluir los elementos de la superestructura y los bastiones,por lo que se debe haber realizado una investigacin geotcnica previamente quepermitaidenticareltipodesitiogeotcnicodecimentacin,deacuerdoconlatabla

2.3-1 de este documento.

Elpuentedebeserclasicadosegnsuimportanciaoperacionaldeacuerdocon

la descripcin que se presenta en la tabla 3.1 de este documento.


50/90


Los puentesdebenser clasicados segn las zonasdedesempeo ssmico o

categorasdediseossmico,segnseindicaenlastablas3.2y3.3deestedocumento.

En puentes simples de un solo tramo no se requiere determinar el espectro dediseopararealizareldiseossmico,sinonicamenteelvalordelcoecientessmicoespectralCa,denidoenelartculo2.4deestedocumento,cuyovalorseasignaen

la tabla 2.4-1.

4.2 Caractersticas de un puente simple de un solo tramo

Unpuentedeunsolotramoesclasicadocomounpuentesimpledeunsolo

tramosicumpleconlascaractersticasqueseenumeranacontinuacin:

a. La importancia operacional del puente es esencial, convencional u otra.

b. El puente es regular.

c. Elpuenteclasicacomozonadedesempeo2y3ocategoradediseossmico

ByCsegnlaespecicacinolaguaAASHTOLRFD,respectivamente.

d. El puente es recto y de ancho constante.

e. Lalongituddelpuentenodebeexceder40m.

f. Lasuperestructuraestcompuestaporunalosadeconcretonicamenteo

por un tablero sobre vigas de acero o concreto.

g. Elngulodesesgomximoes20enlosdosextremos,condiferenciamenor

que3entrelosvaloresdelsesgoenlosextremos.

h. El tablero debe trabajar como un diafragma rgido en su propio plano. Larazn entre el claro y el ancho del tablero debe ser menor o igual a tres.

i. La superestructura se disea como un elemento simplemente apoyado sobrebastiones.

j. Existendiafragmastransversalesenlosextremosdelpuenteenlneaconlos

apoyos.

k. La unin entre las vigas y el tablero permite que se desempeen como seccincompuesta.

l. Los suelos en que se apoya no son susceptibles a licuacin.


51/90

474. Puentes simples de un solo tramo

Quedan excluidos de estas disposiciones los puentes con las siguientes

condiciones:

m. Puentesclasicadosenlazonadedesempeossmico4oenlacategoradediseossmicoD,segnlaespecicacinAASHTOLRFDolaguaAASHTO

LRFD, respectivamente.

n. Puentesclasicadoscomodeimportanciaoperacionalcrtica.

o. Puentes con tableros de madera, de lminas dentadas de acero o de panelesprefabricados de concreto sin uniones continuas en las dos direcciones quepermitantrasmitirlasfuerzasdecortanteydeexin.

p. Puentes tipo armadura.

q. Puentes con bastiones integrados o semi-integrados a la superestructura.

4.3 Cargas y combinaciones de cargas

4.3.1 Cargas permanentes y temporalesSe deben considerar las cargas permanentes y las cargas temporales que se

incluyenenlosartculos3.5al3.9y3.11al3.15delaespecicacinAASHTOLRFDy

que son relevantes al diseo ssmico.

4.3.2 Cargas de sismo

El clculo de la fuerza elstica horizontal descrito en el artculo 3.10.9.1 de laespecicacinAASHTOLRFDyenelartculo4.5delaguaAASHTOLRFDserealiza

utilizandoelcoecientedeaceleracin,As.Paraefectosdeestedocumento,estecoeciente

correspondealvalordelcoecientessmicoespectral,Ca,denidoenelartculo2.4.

Lafuerzaelsticahorizontalsedenecomoelproductodelcoecientessmico

espectral, Ca, el peso tributario permanente (correspondiente al bastin o a la

conexin,segnseaelcaso)yelfactordeimportanciaoperacional,I.


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4.3.3 Factores y combinaciones de cargas

Las combinaciones de cargas a considerar para el anlisis ssmico y los

correspondientes factores de las cargas deben cumplir con los requisitos incluidosenelartculoA3.4delaespecicacinAASHTOLRFD.

4.4 Diseo de los bastiones

Los bastiones deben ser diseados de acuerdo con lo que establece el artculo 11.6delaespecicacinAASHTOLRFDoelartculo5.2delaguaAASHTOLRFD.

El anlisis del bastin en la respuesta dinmica general del sistema del puente debereejar laconguracinestructural,elmecanismo detransferencia decarga haciael

sistema del bastin, la capacidad del sistema suelo-muro y el nivel esperado de dao enel bastin.

La presin del terreno sobre las paredes del bastin producto de la carga ssmica enladireccinlongitudinaldebeconsiderarlossiguientescasos:

a. Condicin de presin activa conforme el muro se aleja del relleno.

b. Condicin de presin pasiva conforme la carga inercial del puente empuja lapared del bastin contra el relleno.

Parabastionesconasientodeapoyodondelaaberturadelajuntadeexpansines

losucientementeampliaparatolerarelmovimientocclicoentreelmurodelbastinyla

superestructura del puente (es decir, cuando la superestructura no empuja contra el murodel bastin), la presin de terreno inducida por el sismo sobre el muro del bastin debeser considerada como la condicin de presin activa dinmica. En este caso, se debe

disear el bastin para que sea capaz de soportar, mediante el desarrollo de presinpasiva, el 30% de la fuerza de sismo longitudinal. El otro bastin debe poseer un apoyojoydebeserdiseadoparaquesoporte,medianteeldesarrollodepresinpasiva,el

100% de la fuerza de sismo longitudinal.

Cuando la abertura en la junta de expansin no es suciente para tolerar los

movimientoscclicosdelmuroylasuperestructuraocuandosetenganapoyosjosen

ambos bastiones, se debe disear cada bastin para soportar, mediante el desarrollo depresin pasiva u otros medios (anclajes, pilotes, etc.), el 100% de las fuerzas de sismolongitudinales.

Lasfuerzasqueactansobrelosbastionesparalacombinacindesismodeben

ser consideradas de acuerdo con lo que establecen el artculo 11.6.5 y el apndice


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A11delaespecicacinAASHTOLRFDoconlosartculos5.2y6.7delaguaAASHTO

LRFD. El valor de Asmencionado en la gua AASHTO LRFD se debe sustituir por el valordelcoecientessmicoespectralCadenidoenelcaptulo2deestedocumento.

Para cualquier tipo de puente queda prohibido el uso de bastiones formados congaviones.

4.5 Diseo de los apoyos

Los apoyos deben cumplir con los requisitos establecidos en la seccin 14 de lasespecicacionesAASHTOLRFDoelartculo7.9delaguaAASHTOLRFD.Tambinse

debensatisfacerlosrequisitosestablecidosenlosartculos18.1,18.2,18.7,18.9,18.10oelartculo18.12delasespecicacionesdeconstruccinAASHTOLRFD.

El diseo de los pernos de anclaje debe cumplir con los requisitos indicados en el artculo14.8.3delaespecicacinAASHTOLRFDoelartculo7.9.4delaguaAASHTOLRFD.

Las losas de concreto, las vigas de concreto (prefabricado o colado en sitio),las vigas de acero (de molino o vigas armadas con placas de acero) y las vigasde madera deben ser ancladas en los apoyos por medio de pernos. Cuando sea

posible,sepreereque lospernosquedenancladosen losapoyoscuandoestoselementossecuelan.Alternativamente,sepodrjarlosdentrodeunoriciousando

unadherenteepxicoomorterosexpansivos,conformealasespecicacionesdel

proyecto.Enesteltimocaso,lospernospuedensercorrugadosoroscadospara

asegurarunaadecuadaadherenciadentrodeloricio.

Los pernos de anclaje de los apoyos deben ser diseados para que tengan uncomportamientodctil.Sedebecolocarsucienteaceroderefuerzoalrededordelos

pernos de anclaje para soportar las fuerzas horizontales y para anclarlos en la masadelasubestructura.Laformacindegrietaspotencialesenlasuperciedelconcreto

debe ser investigada y se debe colocar el correspondiente refuerzo diseado con losconceptosdecortanteporfriccin.

4.6 Diseo de las llaves de cortante

En el caso en que se quiera utilizar llaves de cortante se debe seguir larecomendacin que se indica en el artculo 4.14 de la gua AASHTO LRFD, dondese establece que se puede calcular la capacidad de la llave de cortante, incluida lasobreresistencia, Vok,como:

Vok=1.5Vn


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donde:

Vok:capacidaddelallavedecortanteconsiderandosobrerresistencia.

Vn:capacidadnominalencortanteenlainterfacedelallavedecortantecalculadautilizando las propiedades esperadas de los materiales y las condicionesde la supercie de la interface como se dene en el artculo 5.8.4 de la

especicacinAASHTOLRFD.

Cuando se coloquen llaves de cortante se deben colocar de manera simtrica.

4.7 Longitud de asiento mnimaLa longitud de asiento mnima se puede obtener del artculo 4.7.4.4 de la

especicacinAASHTOLRFDodelartculo4.12delaguaAASHTOLRFD.Parael

casodepuentessimplesdeunsolotramo,estasexpresionessesimplicanyporlo

tantoelclculodelalongituddeasientomnimaseobtienecomo:

N=I(305+2.50L)(1+0.000125S2)

donde:

N: longituddeasientomnima(mm).

I: factordeimportancia(vertabla3.1).

L: longituddelasuperestructura(m).

S: ngulodesesgodelapoyomedidoapartirdeunalneanormalalclaro(engrados),

La longitud de asiento mnima, N, para una losa o para las vigas de unasuperestructuratipolosa,sedenecomoladistanciamedidadesdelaproyeccin

verticaldelextremodelalosaovigahastaelbordelibredelapoyo,comosemuestra

enlagura4.1.


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Figura 4.1. Longitud de asiento mnima, N.


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5.1 Generalidades

El manual de rehabilitacin ssmica FHWA que se indica en el artculo 1.4 deeste documento es la publicacin que se debe utilizar como referencia para larehabilitacinssmicadepuentesenCostaRicasalvolasmodicacionesqueaqu

se presentan.

La rehabilitacin de puentes existentes es aplicable nicamente en aquellospuentes incluidos en el alcance que se indica en el artculo 1.2 de este documento.

Las acciones que se pueden emprender ante un puente ssmicamente vulnerableson:rehabilitarelpuente,sustituirloocerrarlo.

5.2 Proceso para el diseo de una rehabilitacin ssmica

El proceso general para el diseo de una rehabilitacin ssmica se describe en elartculo 1.1 del manual de rehabilitacin ssmica FHWA.

Una descripcin ms detallada de dicho proceso se presenta en los artculos 1.7y1.8delmismomanualparaunnivelinferioryunnivelsuperiordesismodediseo.

Estosprocesossemodicansegnseexplicaacontinuacin.

El proceso para el diseo de una rehabilitacin ssmica solo aplica para un niveldesismosuperiorquesedeneenelartculo5.4deestedocumento.Noserequiere

aplicar el proceso para el nivel de sismo inferior.

La rehabilitacin ssmica de un puente para un nivel de sismo superior es unprocesoquedebeconsistirentresetapasparaasegurarquenicamenteaquellas

Rehabilitacin depuentes existentes

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estructuras que lo requieren sean rehabilitadas. Estas etapas son: diagnstico

preliminar, evaluacin detallada y seleccin de la estrategia de rehabilitacin y diseode las medidas de rehabilitacin.

a. Diagnstico preliminar y priorizacin. En la etapa de diagnstico preliminar sebuscaidenticarsiunpuenteesssmicamentevulnerablemedianteelusode

mtodossimplicadosqueclasicanlavulnerabilidadssmicadeunpuente.

Lamayoradeestosmtodosdeclasicacinpermitenasignarunndicede

vulnerabilidad ssmica que es funcin de la vulnerabilidad estructural y lavulnerabilidadgeotcnica.Esta clasicacin juntocon otros factores, tales

comolaimportanciadelpuente,laposibleexistenciaderutasalternasy la

edadycondicinfsicadelpuente,leasignanunaclasicacinalpuenteque

permite establecer una priorizacin en un grupo de puentes que requieren deuna evaluacin detallada.

b. Evaluacin detallada. Se debe efectuar una evaluacin detallada si en eldiagnstico preliminar se determin que el puente es vulnerable ssmicamente.Laevaluacin detallada implica dos procesos: unanlisisde lademanda

para determinar las fuerzas y los desplazamientos impuestos al puente por elsismo y una estimacin de la capacidad para resistir la demanda impuesta.

La evaluacin detallada se debe realizar utilizando uno de los seis mtodosrecomendados en el manual de rehabilitacin ssmica FHWA.

c. Seleccin de la estrategia de rehabilitacin y el diseo de las medidas derehabilitacin. Una vez que se ha determinado que un puente es ssmicamentedeciente se debe determinar cules acciones realizar para corregir las

decienciasencontradas.Elprocesodeseleccindelasaccionesarealizar

requiere explorar las diferentes alternativas de rehabilitacin y el costo

asociado.

Lagura5.1deestedocumentomuestraelprocesoderehabilitacinssmica

para puentes siguiendo los requisitos incluidos en el manual de rehabilitacin ssmicaFHWA,ensuartculo1.4.Estaguraesdiferentealagura1.10delmanualde

rehabilitacin ssmica FHWA ya que se elimin la categora de rehabilitacin ssmicaCRS A la cual no es aplicable en Costa Rica.


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Figura 5.1. Proceso de rehabilitacin ssmica de puentes

5.Rehabilitacindepuentesexistentes


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estructurales, pero no hay evidencia de respuesta inelstica en los elementosestructurales o deformacin permanente de cualquier tipo.

Elclientepuedeespecicarunniveldedesempeomayorquelosindicados.Porejemplo,enelcasodepuentesextremadamente importantessepuedeespecicar

un nivel de desempeo donde no se acepte dao alguno y el servicio vehicular semantenga disponible en todo momento y no se requiera realizar reparaciones al puente.

5.4 Niveles de sismo

El manual de rehabilitacin FHWA, en sus artculos 1.4.2 y 1.4.6, recomienda

evaluareldesempeossmicodepuentesexistentesmedianteelusodedosnivelesdesismo:unniveldesismoinferioryunniveldesismosuperior.Esteenfoquese

modicasegnseindicaacontinuacin.

No se requiere evaluar el desempeo ssmico para un nivel de sismo inferior.

El desempeo se debe evaluar para un nivel de sismo superior. El nivel de sismo superiorpara el diagnstico preliminar, la evaluacin detallada y la rehabilitacin de un puenteexistenteesfuncindelavidatilremanentedelpuente,segnseindicaacontinuacin.

a. Se debe utilizar el 100% del sismo de diseo para puentes existentes

clasicadoscomocategoradevidadeservicioASL3.

b. Sepermitereducirhastaun90%elsismodediseoparapuentesexistentes


c. Sepermitereducirhastaun80%elsismodediseoparapuentesexistentes


El sismo de diseo se dene como una sacudida ssmica que tiene una

probabilidaddeexcedenciadel7%en75aos,loqueequivaleaunperodode

retornodeaproximadamente1000aos.Estasacudidassmicasepuedecaracterizar

pormediodeunespectroderespuestadeaceleracionessegnsedescribeenel

captulo 2 de este documento.

5.5 Clasicacin por importancia operacional

La clasicacin por importancia operacional de un puente existente, que se

describeenelartculo1.4.3delmanualderehabilitacinssmicaFHWA,semodica

segnseindicaacontinuacin.



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Para determinar la clasicacin operacional de un puente existente se debe

utilizarlaclasicacinporimportanciaoperacionalparaeldiseodepuentesnuevos

incluida en el artculo 3.1 de este documento.

5.6 Vida de servicio remanente

Las categoras de vida de servicio, que se presentan a continuacin, son las mismascategoras que se incluyen en el artculo 1.4.4 del manual de rehabilitacin ssmica FHWA.

Se debe asignar a un puente una de las categoras de vida de servicio establecidasen la tabla 5.1, las cuales son funcin de la vida de servicio remanente del puente.

En la estimacin de la vida remanente de un puente se debe tomar en cuentalossiguientesfactores:laedad,lacondicinestructural,laespecicacinutilizada

paraeldiseoylacapacidadparasoportartrcoactualyfuturo.Tambinsedebe

tener en cuenta el efecto que tienen en la capacidad del sistema sismorresistente losdeteriorosexistentesenloselementosproducidosporotrasacciones,talescomolas

cargas permanentes y las cargas temporales.

Nosejusticalarehabilitacindeunpuenteconunavidadeservicioremanente

corta porque la probabilidad de que el sismo de diseo ocurra durante la vidaremanenteesmuybajayporquenoeseconmicamentejusticable.

Enestedocumentoseconsiderancomopuentesconunavidatildeservicio

muycortaaquellospuentesqueclasicanenlacategoraASL1segnlatabla5.1,si

existeevidenciadequeestnincluidosenunplandesustitucin.

Los puentes con pocos aos de estar en servicio, o aquellos a los que se quiereextendersuvidatil,debenserrehabilitadosparaunavidadeserviciomayorque

lavidatilremanente.

CATEGORAS DE VIDA DE SERVICIO VIDA DE SERVICIO REMANENTE

ASL 1 0 - 15 aos

ASL 2 15 - 50 aos

ASL 3 > 50 aos

TABLA 5.1. Categoras de vida de servicio


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5.9 Determinacin del nivel de riesgo ssmico

El procedimiento para determinar el nivel de riesgo ssmico, que se recomienda

enelartculo1.5delmanualderehabilitacinssmicaFHWA,semodicasegnseindica a continuacin.

A cada puente se le debe asignar un nivel de riesgo ssmico asociado con laszonasdeamenazassmicadeCostaRicasegnseindicaenlatabla5.3.

5.10 Categoras de rehabilitacin ssmica (CRS)

El procedimiento para determinar la categora de rehabilitacin ssmica, que sepresentaenelartculo1.6delmanualderehabilitacinssmicaFHWA,semodica

segnseindicaacontinuacin.

Todo puente por rehabilitar se le debe asignar una categora de rehabilitacinssmica (CRS) para establecer los requisitos mnimos requeridos para realizar undiagnstico preliminar, para seleccionar el mtodo de evaluacin detallada y paraestablecer las medidas de rehabilitacin.

La categora de rehabilitacin ssmica A no se aplica en Costa Rica.

Sedebeasignarunacategoraderehabilitacinssmicaaunpuenteexistente

entretresposiblesalternativas:B,CyD.

La determinacin de la categora de rehabilitacin ssmica de un puenteexistenteesfuncindelniveldedesempeossmico(verseccin5.7)requerido,el

cualesfuncindelavidadeservicioremanente,delaclasicacindeimportancia

operacionalydelnivelderiesgossmicodelsitiosegnsemuestraenlatabla5.4.

Los niveles mnimos de desempeo recomendados en este documento son PL0,

PL1, PL2 y PL3.

NIVEL DE RIESGO ZONAS DE AMENAZA SSMICA

II Zona II

III Zona III

IV Zona IV

TABLA 5.3. Nivel de riesgo ssmico


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TABLA 5.4. Categoras de rehabilitacin ssmica en funcin del nivel de desempeo

NIVEL DE RIESGO

NIVEL DE DESEMPEO

PL0Desempeo mnimo

PL1Seguridad de vida

PL2Operacional

PL3

Completamente

operacional

II CRS B CRS C CRS C CRS C

III CRS B CRS C CRS C CRS D

IV CRS B CRS C CRS D CRS D

Para determinar la categora de rehabilitacin ssmica se debe seguir el

procedimientodescritoacontinuacinymostradoenlagura5.1:

Paso1. Sedebedeterminarlosiguiente:

a. La importancia operacional del puente (artculo 5.5).

b. Lavidatildeservicioremanentedelpuenteyasignarunacategorade

servicio (tabla 5.1).

c. Elsitiodecimentacin,basadoeneltipodesueloyelperl(artculo2.3).

Paso 2. Determinar el nivel de desempeo para el puente (de PL0 a PL3)basado en la vida de servicio remanente y la importancia operacionaldel puente (tabla 5.2).

Paso 3. Determinar el nivel de riesgo (tabla 5.3).

Paso4. Determinarlacategoraderehabilitacinssmicarequeridasegn

la tabla 5.4.



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Figura 5.1. Esquema de la determinacin de la categora de rehabilitacin ssmica

5.11 Proceso de rehabilitacin para un sismo de nivel inferior

y un sismo de nivel superiorEl proceso de rehabilitacin para un sismo de nivel inferior y un sismo de nivel

superior,quesedescribeenartculo1.7y1.8delmanualderehabilitacinssmica

FHWA, respectivamente, se modica segn se indica en el artculo 5.2 de este

documento.

5.12 Requisitos mnimos

Losrequisitosmnimosparaunniveldesismosuperiorconelnderealizarel

diagnstico, la evaluacin detallada y el diseo de la rehabilitacin, que se indicanenelartculo1.9delmanualderehabilitacinssmicaFHWA,semodicansegnse

presenta a continuacin.

Los requisitos mnimos para diagnstico, evaluacin detallada y diseo de larehabilitacinsedenensegnlacategoraderehabilitacinssmicaasignadaal

puente. Estos requisitos mnimos se muestran en la tabla 5.5.


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DIAGNSTICO PRELIMINARCATEGORAS DE REHABILITACIN SSMICA

B C y D

Componentes que deben ser diagnosticados

1. Longitud de asiento 1. Longitud de asiento

2. Conexiones 2. Conexiones

3. Licuacin 3. Columnas y muros

4. Cimentaciones y licuacin

5. Bastiones

TABLA 5.5. Componentes que deben ser diagnosticados

5.13 Diagnstico preliminar y priorizacin

El diagnstico preliminar y la priorizacin de puentes, descrito en el artculo 1.10del manual de rehabilitacin ssmica FHWA, se presenta a continuacin.

El diagnstico preliminar de un puente es rpido, fcil de aplicar y conservador. Si eldiagnstico se realiza a un grupo de puentes, los mtodos empleados permitiran priorizarel orden de evaluacin detallada y diseo de la rehabilitacin de los puentes en estudio.

Existentresmtodosparadiagnsticopreliminarypriorizacindepuentes.Estos

mtodosson:

a. mtodo de ndices,

b. mtodo de dao esperado y

c. mtodo de evaluacin del riesgo ssmico.

Cuandoseutiliceelmtododendicessepuedeutilizarelcoecientessmico

para los perodos largos de vibracin Cv

presentado en la tabla 2.4-1 en lugar del

coecientedeaceleracinespectralparaelperodode1.0segundoSD1.

Los puentes que a partir de un diagnstico preliminar sean identicados

como ssmicamente vulnerables deben ser evaluados detalladamente segn las

disposiciones del artculo 5.14.

Los componentes que deben ser evaluados en el diagnstico preliminar dependende la categora de rehabilitacin ssmica asignada al puente conforme al artculo 5.10y se incluyen en la tabla 5.5.



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5.14 Evaluacin detallada

5.14.1 Generalidades

Todo puente identicado como deciente, durante un diagnstico preliminar,

debe ser sujeto a una evaluacin detallada usando uno o varios de los mtodosdescritos en el artculo 5.14.5 de este documento.

Debido a que los mtodos utilizados para el diagnstico preliminar sonnecesariamente conservadores, es posible que un puente identicado como

deciente durante el diagnstico preliminar sea encontrado satisfactorio en una

evaluacin ms detallada.

En el caso que la Administracin identique y clasique a un puente como

ssmicamentedeciente,debeestablecerelniveldedesempeorequeridoentrelos

niveles presentados en el artculo 5.3 de este documento y proveer la categora devida de servicio requerida para efectos de realizar la evaluacin detallada y el diseode la rehabilitacin ssmica.

La evaluacin ssmica de un puente es un proceso de dos partes. En primer

lugar se debe realizar un anlisis de la demanda para determinar las fuerzasy desplazamientos impuestos en el puente por el sismo. Posteriormente se deberealizar una evaluacin de la capacidad para soportar esta demanda.

La mayora de los mtodos de evaluacin, descritos en el artculo 5.14.5 de estedocumento,expresansusresultadoscomorazonescapacidad/demandacalculadas

para cada uno de los elementos del puente o para el puente en general.

5.14.2 Nivel de sismo para una evaluacin detallada y el diseo de larehabilitacin

Los niveles de sismo para realizar una evaluacin detallada de un puentessmicamente vulnerable y el diseo de la rehabilitacin ssmica son los mismos quese presentan en el artculo 5.4.

A diferencia de un diagnostico preliminar, los niveles de sismo para una evaluacin

detalladayparaeldiseodeunarehabilitacinsonfuncindelavidatildeservicioremanenterequeridasegnsedescribeenelartculo5.14.3.


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5.14.3 Vida de servicio remanente requerida

Lospuentessuelenserrehabilitadosalnaldesuvidatilparacorregir,adems

desuvulnerabilidadssmica,decienciasestructuralesynoestructuralesquesehanacumulado a lo largo del tiempo (por ejemplo, deterioro de la losa, dao en apoyos yjuntasdeexpansin),paramejorarlaseguridadyparaconsiderarunincrementoen

eltrcovehicular.

Porconsiguiente, la vida til remanente de un puente con15 aos omenos,

calculada para el diagnstico preliminar puede incrementarse despus de unarehabilitacin, por ejemplo, a 35 aos y por lo tanto su categora de vida de serviciopasara de ASL1 a ASL2.

Con base en lo anterior, la vida de servicio remanente de un puente al cual se leva a realizar una evaluacin detallada o el diseo de una rehabilitacin ssmica debeconsiderarlavidatilremanentequeserequierealcanzarluegoderealizadaslas

mejoras estructurales y no estructurales.

5.14.4 Nivel de desempeo

El nivel de desempeo a considerar para una evaluacin detallada y parael diseo de la rehabilitacin ssmica se debe determinar a partir de la tabla 5.2,considerandolavidadeservicioremanenterequeridaquesedeneenelartculo

5.14.3. Alternativamente, el nivel de desempeo puede ser establecido por laAdministracinperonopuedesermenorqueeldeterminadosegnlatabla5.2.

5.14.5 Mtodos de evaluacin

Se debe utilizar uno o varios de los mtodos de evaluacin detallada presentadosen la tabla 5.6. La seleccin del mtodo de evaluacin a utilizar depende de lacategora de rehabilitacin ssmica asignada al puente y si este es regular o irregular.Se requiere un anlisis ms detallado conforme mayor sea la amenaza ssmica.Adems, cuanto mayor sea la complejidad del puente se requieren modelos msdetallados para representar la demanda y la capacidad del puente.

El captulo 5 del manual de rehabilitacin ssmica FHWA presenta una descripcin

detallada de cada uno de los mtodos de evaluacin.



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Evaluacin detallada Categora de rehabilitacin ssmica

CRS B CRS C CRS D

Mtodos de evaluacin A1/A2 B/C/D1/D2 C/D1/D2/E

TABLA 5.6. Mtodos de evaluacin detallada recomendados segn la categora de rehabilitacin

ssmica asignada al puente

Donde:

MtodoA1/A2=revisindelasfuerzasenlasconexionesydelalongitudde

asiento.

MtodoB=revisindelacapacidaddeloscomponentes.

MtodoC=razonescapacidad/demandadeloselementos.

MtodoD1=mtododelespectrodecapacidad.

Mtodo D2= razones capacidad/demanda de laestructura, tambin llamado

mtodo de empuje lateral progresivo (pushover).

MtodoE=Mtodonolinealdinmicoutilizandoanlisisinelsticoderespuestaen el tiempo.

En la tabla 5.7 se resumen los mtodos de evaluacin recomendados. En latablasepresentan los mtodosdeanlisis recomendados segn lasiguiente

nomenclatura:

ULM = Mtodo de anlisis de carga uniforme (artculo 4.7.4.3.2 (c) de la

especicacinAASHTOLRFD)

MM = Mtodo de anlisis espectral multimodal (artculo 4.7.4.3.3 de la

especicacinAASHTOLRFD)

TH=Mtododeanlisisnolinealeneltiempo(artculo4.7.4.3.4delaespecicacin

AASHTO LRFD)


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MtodoEvaluacin de

capacidad

Anlisisde la

demanda

AplicabilidadComentarios

CRS Tipo de puente

A1 / A2

Conexionesy revisin delongitudes deasiento

Utiliza la capacidadexistente (debida a

otros casos de cargasno ssmicas) paralas conexiones ylongitudes de asiento.

No serequiere

A-DTodos los puentes de un solotramo, excepto puentes tipocercha de un solo tramo. Mtodo manual, es til

emplear hoja de clculo.Seccin 5.2 del manualde rehabilitacin ssmicaFHWA.B

Puentes en zonas de amenazassmica baja.

BRevisin decapacidad decomponentes

Utiliza la capacidadexistente (debida a

otros casos de cargasno ssmicas) para las

conexiones, longitudesde asiento, detalladode las columnas,cimentaciones ysusceptibilidad a lalicuacin.

No serequiere

C

Puentes regulares que satisfacen

las condiciones indicadas enla seccin 5.3 del manual derehabilitacin ssmica FHWA.

Mtodo manual, es tilemplear hoja de clculo.Seccin 5.3 del manualde rehabilitacin ssmicaFHWA.

C

Mtodocapacidad /demandade loscomponentes

Utiliza las capacidadesde los componentespara las conexiones,longitudes deasiento, detalladode las columnas,cimentaciones ysusceptibilidad a la

licuacin.

Mtodoselsticos:ULM

MM

TH

C & D

Puentes regulares e irregularesque presentan una respuestaprcticamente elstica, talescomo los puentes en zonas deamenaza ssmica baja y puentesque deben satisfacer criterios dedesempeo exigentes. Puentestipo cercha de un solo tramo.

Se calcula lasrazones C/D paralos componentesindividuales. Se requiereel uso de software para elanlisis de la demanda.Seccin 5.4 del manualde rehabilitacin ssmica

FHWA

D1Mtodo delespectro decapacidad

Utiliza unare

diseño sismoresstente de puentes

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