Seccion compuesta puente

Comportamiento sísmico de arriostres transversales en puentes de sección compuesta

Ing. César Aranís García-Rossell

• Los puentes de losa en sección compuesta con vigas soldadas se considera que se comportan bien en los sismos. • En USA la implicancia es en el sentido de utilizarlos mas frecuentemente en zonas con actividad sísmica importante. • Este argumento reconoce el hecho quemuy pocos han colapsado en los sismos en USA en contraste con el comportamiento de los puentes de concreto

• En los últimos años a raíz de los sismos de Loma Prieta (89) Northridge (94) y Kobe (95) se reconoce que los puentes de superestructura de acero son susceptibles a daños bajo sismos de baja y moderada intensidad y aparentan ser mas frágiles que los puentes de concreto si no estánpropiamente diseñados.

• Los daños típicos incluyen a vigas que se ‘’salen’’ de sus asientos,y fallas en conexiones, aparatos de asiento, arriostres transversales y juntas de expansión. • En muy pocos casos en Kobe por ejemplo han fallado las vigas longitudinales debido en algunos casos a la falla de sus apoyos por ejemplo.

• Se puede argumentar que la reputación gozada por los puentesmetálicos se ha debido al hecho que muy pocos puentes de acero han sido sometidos a sismos severos y la ausencia de colapsos se debe a la falta de exposición en lugar de su supuesta capacidad inherente a los sismos. Esta idea se refuerza por la observación de daños durante sismos de baja y moderada intensidad que han mostrado un cierto grado de fragilidad no vista en los puentes de concreto.

• Esimportante notar en este argumento que las especificaciones de diseño sísmico para puentes en USA no requieren el diseño explicito de la superestructura ( concreto o acero) para cargas sísmicas. • Se asume que las superestructuras diseñadas para cargas de gravedad tienen suficiente resistencia inherente a las cargas sísmicas en el plano del tablero.

• Esta hipótesis parece justificarse en lasestructuras de concreto mas pesadas y rígidas que las de acero pero no en las estructuras de acero tipo armaduras ó de sección compuesta las cuales pueden ser muy flexibles en planta.

• El mejoramiento en el comportamiento sísmico de los puentes de acero se garantiza con adecuadas recomendaciones de diseño tanto para las subestructuras como para las superestructuras. Se requiere una mejorcomprensión del flujo de fuerzas así como de la capacidad individual de los componentes del sistema estructural.

• Es en este aspecto que el diseño de ‘’arriostres transversales ductiles’’ en los extremos del puente representa una técnica reciente importante.

Modelo propuesto para puentes sin diafragmas
Desplazamiento relativo = desplazamiento de la losa – desplazamiento del ala inferior dela viga

∆ r ( x) = ∆ s − ∆ b ( x)
Ecuación diferencial que describe el desplazamiento lateral relativo del ala inferior de la viga

d ∆ r ( x) EI b = −k w ∆ r ( x ) 4 dx
4

Rigidez del alma

12 EI w kw = 3 hw
Desplazamiento relativo entre la losa y el ala de la viga

2 Rs β cosh βx cos β ( L − x ) + cosh β ( L − x ) cos βx ∆ r ( x) = kw sen βL + senh βL
Rs = reacción en el apoyoresultante de la carga tributaria lateral

β =4

kw 4 EI b

Para obtener el período lateral fundamental se calculan la masa y rigidez generalizadas

m 2 m = ∫ ∆ s dx = m ∆2s L 0
*
L   L 12 EI w 2 * 2 K = ng  ∫ ∆ r ( x ) dx + ∫ EI b ∆ b ( x ) dx  3   hw 0  0

L

m T = 2π * K
En el gráfico correspondiente se muestran los periodos resultantes y las deformaciones máximas coneste modelo. Los resultados se comparan bastante bien con los resultados más aproximados del SAP. El análisis inelástico reveló que en ausencia de diafragmas extremos la presencia de diafragmas intermedios no mejora el comportamiento sísmico del puente.

*

Modelo para puentes con diafragmas efectivos
En este caso el análisis preliminar revela que la losa de concreto no responde en forma...