UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS
FACULTAD DE INGENIERIA
CARRERA DE INGENIERIA CIVIL
ANLISIS, DISEO Y COMPARACION ESTRUCTURAL Y ECONOMICA DE PUENTES EN CONCRETO PRESFORZADO CON SISTEMAS DE AISLAMIENTO
SISMICO
PROYECTO PROFESIONAL PRESENTADO POR
EDUARDO FRANCISCO ARELLANO MEZA
PARA OPTAR EL TITULO DE INGENIERO CIVIL
Lima, Febrero de 2008
RESUMEN
La tierra experimenta movimientos intensos de la corteza terrestre conocidos con el
nombre de sismos. A lo largo del tiempo, los diversos mtodos de anlisis y diseo
estructural han sido modificados de tal manera que las estructuras proyectadas cumplan
con mayores requerimientos sobre todo en el mbito sismoresistente. Frente a esto, se
desarrollan diferentes dispositivos que permiten a la estructura proyectada un mejor
comportamiento estructural, minimizando los esfuerzos producidos por sismos,
reduciendo los daos materiales y evitando prdidas de vidas humanas. Dentro de tales
dispositivos podemos encontrar los amortiguadores ssmicos y los aisladores ssmicos.
Actualmente, podemos encontrar alrededor del mundo cientos de estructuras construidas
con sistemas de aislamiento ssmico. El American Association of State Highway and
Transportation Officials AASHTO presenta una gua de diseo de sistemas aisladores
en donde se muestran las consideraciones para el anlisis y diseo de puentes con
sistemas de aislamiento ssmico. Siguiendo este cdigo americano, se trabaj el
proyecto del intercambio vial Av. Tomas Valle Panamericana Norte llegando a
conclusiones que demuestran las ventajas que conlleva la utilizacin de estos
dispositivos en las estructuras. No slo se observan diferencias en cuanto al
comportamiento estructural, desplazamientos y esfuerzos que soportan los dos tipos de
estructuras de puentes; sino que adems se pudo demostrar que econmicamente los
puentes con sistemas de aislamiento ssmico, son ms competentes que los puentes
convencionales.
TABLA DE CONTENIDO
1. DEFINICIN Y APLICACIN DE SISTEMAS DE AISLAMIENTO
SSMICO.
1.1 Sistemas de Aislamientos Ssmicos.. 01
1.1.1 Aisladores Elastomricos. 02
1.1.2 Sistema Pendular Friccionante. 05
1.2 Clasificacin de los Aisladores Ssmicos. 06
1.2.1 Aisladores Elastomricos. 07
1.2.2 Sistema Pendular Friccionante. 09
1.3 Anlisis y Diseo de Aisladores Ssmicos 10
1.3.1 Reglamento AASHTO. 11
1.3.2 Otros Reglamentos... 19
2. PUENTES
2.1 Puentes Continuos. 21
2.2 Puentes Tipo Prtico. 23
3. ELABORACIN DEL ESTUDIO INTERCAMBIO VIAL AV. TOMAS
VALLE PANAMERICANA NORTE
3.1 Memoria Descriptiva 25
3.2 Memoria de Calculo.. 28
3.2.1 Superestructura 30
3.2.2 Infraestructura.. 31
3.2.2.1 Puentes con Apoyos Convencionales..31
3.2.2.2 Puentes Con Apoyos Aislados 32
3.2.3 Materiales. 33
4. COMPARACIN DE LOS RESULTADOS
4.1 Comparacin del Comportamiento Estructural 34
4.1.1. Desplazamientos. 36
4.1.2 Distribucin de Esfuerzos 37
4.2 Comparacin Econmica.. 41
Conclusiones y recomendaciones.. 44
ANEXOS
Anexo 1: Notas de Calculo 47
Anexo 2: Metrados, Anlisis y Presupuesto..... 102
Anexo 3: Conclusiones Estudio Bsico de Suelos131
Anexo 4: Planos de Obra... 139
Referencias Bibliogrficas..... 152
I
INTRODUCCION
Los procedimientos de la ingeniera civil moderna, alientan constantemente el desarrollo de
los mtodos de anlisis y diseo en obras de diversa ndole. Por esta razn, se deben buscar
los diseos ms adecuados o perfeccionar los ya existentes de manera que permitan
economizar en las estructuras proyectadas as como optimizar el comportamiento de las
mismas frente a diversas solicitaciones. Estas solicitaciones son producidas tanto por las
cargas propias de la estructura, las cargas de servicio, as como por las cargas
extraordinarias tales como los eventos ssmicos. A partir de esto, se busca producir
estructuras seguras, econmicas y resistentes.
Por otro lado, los aisladores ssmicos son un tema de actualidad, en consecuencia no se
puede evitar analizar las diversas ventajas que presentan estos accesorios. En nuestro pas,
el uso de sistemas de aislamiento es muy escaso o nulo, y se ha visto aplicado solamente en
edificaciones de gran magnitud. Sin embargo, en pases como Argentina y Chile, ya se
pueden apreciar puentes construidos con sistemas de aislamiento ssmico. Es por ello que es
necesario alentar la investigacin de temas nuevos en este aspecto, de modo que nos
permitan tener mejor conocimiento de estos accesorios para su futura utilizacin en los
proyectos de puentes peruanos.
La presente investigacin tiene como objetivo general el demostrar que la utilizacin de
sistemas de aislamiento ssmico en puentes hiperestticos de concreto presforzado permite
II
estructuras que presentan ventajas, tanto estructurales como econmicas, sobre los puentes
convencionales. Por otro lado, se define, identifica y da a conocer las caractersticas de los
principales sistemas de aislamiento ssmico, adems de los accesorios que se encuentran
disponibles en el mercado. Asimismo, se muestra tanto el procedimiento de anlisis y
diseo de puentes hiperestticos de concreto presforzado con apoyos convencionales as
como con sistemas de aislamiento ssmico, basndose en el reglamento que presenta el
Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO). Finalmente, se
compara y muestra las posibles ventajas que se generan por el uso de los aisladores
ssmicos en puentes, tanto en el comportamiento estructural como en el aspecto econmico.
Entre las principales perspectivas donde se aprecian las ventajas del uso de aisladores
ssmicos tenemos la posibilidad de controlar los efectos dinmicos causados tanto por las
cargas ssmicas como por las cargas de cambio de temperatura. Todo esto con la finalidad
de obtener luces de mayor magnitud y disminuir los esfuerzos actuantes en la
infraestructura del puente. En consecuencia, con menores esfuerzos producidos en la
infraestructura, se requerir menor tanto menor seccin transversal, menor acero de
refuerzo y cimentaciones ms pequeas; por lo que conllevar a obtener un puente ms
econmico que un puente convencional.
1
CAPITULO 1
DEFINICIN Y APLICACIN DE AISLADORES SSMICOS
1.1 Sistemas de Aislamiento Ssmico
La corteza terrestre experimenta casi continuamente pequeos e imperceptibles
movimientos, slo registrables por aparatos especiales de alta sensibilidad. Sin embargo,
en algunas ocasiones estos movimientos de oscilacin son ms intensos y se manifiestan
como sacudidas bruscas, ordinariamente repetidas, que el hombre percibe directamente o
por los efectos que producen.
A todos estos movimientos convulsivos de la corteza terrestre se les conoces con el
nombre general de sismos. Estos se pueden clasificar en micro sismos, cuando son
imperceptibles; macro sismos, cuando son notados por el hombre y causan daos en
enseres y casas, y mega sismos, cuando son tan violentos que pueden producir la
destruccin de edificios, la ruina de ciudades enteras y gran nmero de vctimas. Los
macro sismos y mega sismos son conocidos con el nombre de terremotos o temblores de
tierra. El estudio de estos fenmenos ssmicos es el objeto de la Sismologa.
El origen del 90 % de los terremotos es tectnico, relacionado con zonas fracturadas o
fallas, que dejan sentir sus efectos en zonas extensas. Otro tipo estn originados por
erupciones volcnicas y existe un tercer grupo de movimientos ssmicos, los llamados
locales, que afectan a una regin muy pequea. stos se deben a hundimientos de
cavernas, cavidades subterrneas o galeras de minas; trastornos causados por disoluciones
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de estratos de yeso, sal u otras sustancias, o a deslizamientos de terrenos que reposan sobre
capas arcillosas.
Un terremoto se origina debido a la energa liberada por el movimiento rpido de dos
bloques de la corteza terrestre, uno con respecto al otro. Este movimiento origina ondas
tericamente esfricas, ondas ssmicas, que se propagan en todas las direcciones a partir
del punto de mximo movimiento, denominado hipocentro o foco, y del punto de la
superficie terrestre situado en la vertical del hipocentro a donde llegan las ondas por
primera vez, el epicentro.
En la actualidad, los diferentes procedimientos de diseo estructural necesitan satisfacer
cada vez mayores requerimientos desde el punto de vista de diseo sismorresistente. De
esta manera, se busca a asegurar un mejor comportamiento estructural frente a
solicitaciones ssmicas y con esto, disminuir los esfuerzos producidos en los diferentes
elementos estructurales, de manera de minimizar los riesgos de prdida de vidas humanas y
reducir los costos de reparacin de las estructuras.
Frente a estas nuevas tendencias de diseo estructural, se han desarrollado diferentes
accesorios que permiten disminuir los efectos producidos por los sismos en las estructuras.
Estos accesorios presentan ventajas estructurales