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

2

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