Protección Sísmica de Puentes Tradicionales Chilenos usando FVD

Universidad Austral de Chile Facultad de Ciencias de la Ingeniera

Escuela de Ingeniera Civil en Obras Civiles

Proteccin Ssmica de Puentes Tradicionales Chilenos

usando Amortiguamiento Viscoso Suplementario

Tesis para optar al Ttulo de

Ingeniero Civil en Obras Civiles Profesor Patrocinante:

Dr. Ing. Galo Valdebenito M. IOCC, Universidad Austral de Chile

Valdivia, Chile

KAREN ALEJANDRA BUSTOS ZHELEZNOVA

VALDIVIA CHILE 2012

[i]

"El xito profesional se alcanza slo cuando se entienden y se ponen al servicio de los dems,

los dones que te han sido regalados individualmente...

... en la bsqueda de este camino, es donde la palabra vocacin toma real sentido"

[iii]

A mis padres, abuelita Ana, hermano y Luis.

[v]

Agradecimientos

Siento una gran alegra al terminar esta etapa trascendental de mi vida. Es por ello que me gustara agradecer a

quienes han sido un valioso aporte.

En primer lugar adis Padre, Hijo y Espritu Santo, a mi querida Virgen Mara y a San Gaspar del Bfalo, que de

formas inslitas y graciosas me mostraron que su amor y presencia no se separan nunca de mi lado.

A mi familia. A mis padres, Sandra y Francisco, por tener siempre una sonrisa, una palabra de aliento, un chiste

o un tirn de orejas, por apoyar cada una de las locuras que se me han ocurrido (que no han sido pocas), por

ser mi cable a tierra y por confiar siempre en m. A mi abuelita Ana y a todos aquellos que desde el cielo, me han

demostrado su amor. A mi hermano Francisco y a Rebeca, por el aliento y cario a cada momento, y por

supuesto, por cocinar tan rico. A Luis, por su gran amor, por ofrecerme un abrazo generoso y apretado siempre,

por la gran paciencia, la alegra, y el apoyo en cada idea loca. A Ta Lina, por la preocupacin y cario. A mis

ahijados Trini y Jos Matas, por su generoso amor. A mis compadres, Fabiola y Jorge, y Mirta y Jos, por el

apoyo y nimo. A mi primo Pato, por preocuparse siempre de mi y por estar cerca desde el primer da.

A mi profesor patrocinante Dr. Galo Valdebenito; por su paciencia, apoyo, disponibilidad, optimismo y

consejos, pero sobre todo por confiar en m este hermoso proyecto.

Al Departamento de Proyectos de la Direccin de Vialidad del Ministerio de Obras Pblicas, de la XIV Regin de

Los Ros, particularmente al Ingeniero Civil Rodrigo Mancilla (Jefe del Departamento), por facilitarme

gentilmente tipologas de puentes tradicionales chilenos. Adems, de potenciar mi vocacin en la Ingeniera.

A los profesores de la Escuela de Ingeniera Civil en Obras Civiles que fueron relevantes en mi formacin, entre

ellos: Carlos Vergara, Carlos Bustos, Jorge Videla, Vctor Alvarado, Jos Soto, Alejandro Nio, Luis Vsquez,

Ricardo Larssen, Rogelio Moreno, Luis Collarte, Mara Eugenia Casanova, Adolfo Castro, Frank Schanack,

Joaqun Castellano, etc. Tambin a los funcionarios de la Facultad de Ingeniera, en especial a bibliotecarios y

Carlos Cerda.

A mis amigos y hermanos de vida: Paulina Vega, Daniela Ampuero, Clara Candia, Lissete Yaez, Viviana

Peailillo, Mara Teresa Abarca, Cecilia Ilharreborde, familia Prez Bustos, familia Bustos Caszely, familia

Celedn de la Parra, P. Nicanor Aza, P. Omar Cerda, P. Mauricio lvarez, P. Jorge Gmez, P. Edgardo Chero,

Soledad Reyes, Juan Francisco Vigorena, y a tantos otros por su amor y oraciones.

[vi]

A mis compaeros y amigos: Javier Peralta, Fernando Morales, Pilar Aburto, David Alvarado, Jorge Martnez, Luis

vila, Jaime Inostroza, Fabin Muoz, Mara Ins Snchez, Margarita Flores, Andrs Cisterna, Makarena Oyarzn,

Marcela Arias, Jose Luis Loebel, Carlos Cataln, Roberto Vera, Thomas Klingenberg, Carlos Jara, Elisa Gallardo, y

a tantos otros, por su apoyo intelectual y fraternal a lo largo de este proceso estudiantil.

A todos ustedes Gracias por creer en m y en este proyecto.

[vii]

Resumen

En la bsqueda por mejorar el rendimiento ssmico de puentes de tipologa tradicional chilenos (puentes tipo

viga de tramos bi - apoyados), el presente proyecto de titulacin busca estudiar el comportamiento y la

eficiencia de estas estructuras ante la incorporacin de amortiguamiento viscoso suplementario (FVD), en

condiciones de sismicidad severa.

Para desarrollar este objetivo se emplearon 3 tipologas tipo proporcionadas por el Departamento de Proyectos

de la Direccin de Vialidad del Ministerio de Obras Pblicas de las XIV Regin de Los Ros, a partir de las cuales

se seleccionaron 3 puentes de longitud de tramo variable y canto constante, debido a ser infraestructuras viales

representativas de Chile. Estos son puente: Muchi de 25 [m], Nilahue de 50 [m] e Itropulli de dos tramos de 35

[m] apoyados al centro en una cepa.

El input ssmico se defini a travs de eventos artificiales y reales, bajo condiciones de peligrosidad asociadas a

zona ssmica 3 (PGA = 0.4 [g]) y suelo tipo III (de acuerdo a la clasificacin original de la norma NCh 433

Of 96). Los eventos artificiales se generaron a partir del espectro elstico de diseo propuesto por el Manual de

Carreteras (2012).

A partir del input ssmico se estudi la respuesta de los puentes con y sin FVD. Para ello se recurri a anlisis no

lineales paso a paso. Despus de seleccionar los dispositivos de amortiguamiento, a partir de un estudio

paramtrico para cada estructura, se pudo concluir que agregar amortiguadores de fluidos viscosos a puentes

tipo viga de longitudes de tramo menores a 50 [m] reduce significativamente la respuesta en trminos de

desplazamientos y esfuerzos. Sin embargo, en estos casos, en trminos de proteccin, los dispositivos no

resultan ser lo suficientemente eficientes, pudiendo optarse por otros que proporcionen mayor disipacin de la

energa de entrada, pero a un costo econmico menor.

[viii]

[ix]

Summary

In the search to better the seismic performance of traditional type Chilean bridges (beam-type semi supported).

This graduation project looks to research the behavior and efficacy of these structures once the Fluid Viscous

Damper (FVD) are implemented.

To develop this objective, structures were provided from the Departamento de Proyectos de la Direccin de

Vialidad del Ministerio de Obras Pblicas from the XIV Region Los Rios, from which after three bridges span

length variable and constant depth, due to be representative of Chile road infrastructure. These bridges were:

Muchi of 25 [m], Nilahue of 50 [m], Itropulli which consists of two 35 [m] spans supported in the center with a

pile.

The seismic input was defined by artificial and real seismic events, under hazard conditions assigned according

to: seismic zone 3 (PGA=0.4 [g]) and soil type III (in accordance with the original classification of norm NCh

433 of 96). The artificial events were generated with the elastic spectrum of design proposed by the Manual de

Carreteras (2012).

Taking into consideration the seismic input, the response of the bridges with and without FVD was studied

using Nonlinear Time History Analysis. Selected the damping devices that fit for each structure by a parametric

analysis, the conclusion was that adding FVD to beam type bridges span length under 50 [m], significantly

reduces the efforts and displacement response. However, these devices are not being sufficiently efficient due

to the low amount of energy dissipated, leading to a low seismic protection. For this reason it is advisable to

choose others devices that provide greater energy dissipation levels at lower economic cost.

[xi]

ndice

Captulo 1: Introduccin ................................................................................................................................................ 1

1.1. Motivacin y Justificacin. Planteamiento del Problema ............................................................................ 3

1.2. Objetivos ......................................................................................................................................................... 5

1.2.1. Objetivo general .................................................................................................................................... 5

1.2.2. Objetivos especficos ............................................................................................................................ 5

1.3. Metodologa de Trabajo ................................................................................................................................ 6

1.4. Estructura de la Tesis ..................................................................................................................................... 7

Captulo 2: Estado del Conocimiento............................................................................................................................. 9

2.1. Introduccin ................................................................................................................................................. 11

2.2. Comportamiento de puentes ante un sismo ............................................................................................. 15

2.3. Panorama Mundial ....................................................................................................................................... 17

2.3.1. Europa ................................................................................................................................................. 18

2.3.1.1. Italia ................................................................................................................................................. 19

2.3.1.2. Espaa ............................................................................................................................................. 21

2.3.1.3. Grecia .............................................................................................................................................. 22

2.3.2. Asia ....................................................................................................................................................... 23

2.3.2.1. Corea ............................................................................................................................................... 23

2.3.2.2. China ............................................................................................................................................... 25

2.3.2.3. Japn ............................................................................................................................................... 26

2.3.2.4. Taiwn ............................................................................................................................................. 29

2.3.3. Amrica ................................................................................................................................................ 29

2.3.3.1. Estados Unidos ............................................................................................................................... 29

2.4. Situacin en Chile ........................................................................................................................................ 31

2.4.1. Antecedentes Generales..................................................................................................................... 31

2.4.2. Diseo ssmico de puentes ................................................................................................................ 32

2.4.2.1. Normativa y alcances ...................................................................................................................... 32

2.4.2.2. Esquema tradicional de proteccin ssmica ................................................................................. 33

2.4.2.3. Puentes protegidos ssmicamente ................................................................................................ 34

2.4.2.3.1. Puente Amolanas ............................................................................................................................ 34

[xii]

2.4.2.3.2. Puente Marga Marga ................................................................................................................... 36

2.4.2.3.3. Viaducto de la Lnea 5 del Metro de Santiago .............................................................................. 37

Captulo 3: Amortiguadores de Fluidoss Viscosos como Dispositivos Disipadores de Energa .............................. 43

3.1. Caractersticas de Amortiguadores de Fluido Viscoso .............................................................................. 45

3.2. Propiedades Mecnicas ............................................................................................................................... 46

3.3. Parmetros de Amortiguamiento................................................................................................................ 48

3.3.1. Exponente de velocidad N .............................................................................................................. 48

3.3.2. Coeficiente de amortiguamiento ................................................................................................ 50

3.3.3. Amortiguadores de Fluido Viscoso No Lineales .............................................................................. 52

3.4. Efectos de aumentar la capacidad de amortiguacin de una estructura, por medio de amortiguadores

viscosos. ........................................................................................................................................................ 54

3.5. Comportamiento Energtico ...................................................................................................................... 57

3.6. Disipacin de energa por medio de control pasivo de energa FVD .................................................. 59

3.6.1. Anlisis de puentes de viga continua mediante un modelo de mitigacin ssmico elstico y

plstico, con incorporacin de amortiguadores de fluido viscoso. ................................................. 62

3.6.2. Amortiguadores de fluido viscoso no lineal en juntas de dilatacin ............................................. 64

Captulo 4: Modelacin dinmica e Input Ssmico ...................................................................................................... 67

4.1. Seleccin de las Tipologas a analizar ......................................................................................................... 69

4.1.1. Puente Muchi ...................................................................................................................................... 69

4.1.2. Puente Nilahue .................................................................................................................................... 73

4.1.3. Puente Itropulli ................................................................................................................................... 76

4.2. Bases de Clculo .......................................................................................................................................... 80

4.2.1. Propiedades Mecnicas ...................................................................................................................... 80

4.2.2. Casos de Carga .................................................................................................................................... 81

4.2.2.1. Peso Propio ..................................................................................................................................... 81

4.2.2.2. Cargas Ssmicas............................................................................................................................... 82

4.2.2.3. Combinaciones de Carga ............................................................................................................... 82

4.3. Modelo Numrico ........................................................................................................................................ 83

4.3.1. Introduccin ....................................................................................................................................... 83

4.3.2. Modelacin Aislamiento Basal Existente ........................................................................................... 84

4.3.3. Puente Muchi ...................................................................................................................................... 85

4.3.3.1. Modelo A (slo con elementos frame) ........................................................................................ 86

[xiii]

4.3.3.2. Modelo B (con elementos shell y frame ) .................................................................................... 87

4.3.4. Puente Nilahue .................................................................................................................................... 87

4.3.4.1. Modelo A (slo con elementos frame ) ....................................................................................... 88

4.3.4.2. Modelo B (con elementos shell y frame) ..................................................................................... 88

4.3.5. Puente Itropulli ................................................................................................................................... 89

4.3.5.1. Modelo A (slo con elementos frame) ........................................................................................ 89

4.3.5.2. Modelo B (con elementos shell y frame ) .................................................................................... 90

4.4. Input Ssmico ............................................................................................................................................... 91

4.4.1. Introduccin ....................................................................................................................................... 91

4.4.2. Sismos Artificiales ............................................................................................................................... 92

4.4.2.1. Metodologa para Generacin de Registros Artificiales .............................................................. 93

4.4.2.2. Espectro de Diseo segn Manual de Carreteras (2012)............................................................ 94

4.4.2.3. Historias Temporales para Registro Artificial ............................................................................... 96

4.4.3. Seleccin de sismos reales ............................................................................................................... 100

Captulo 5: Respuesta Ssmica sin Amortiguamiento Adicional ............................................................................... 105

5.1. Introduccin ............................................................................................................................................... 107

5.2. Anlisis Esttico No Lineal ........................................................................................................................ 107

5.2.1. Consideraciones Generales ............................................................................................................. 107

5.2.2. Desplazamientos y Esfuerzos ........................................................................................................... 108

5.3. Anlisis Modal ............................................................................................................................................. 112


5.3.2. Perodos Predominantes y Formas Modales ................................................................................... 113

5.4. Anlisis Mediante Espectros de Respuesta .............................................................................................. 120

5.4.1. Antecedentes Generales................................................................................................................... 120

5.4.2. Anlisis de Input Ssmico ................................................................................................................. 121

5.4.3. Desplazamientos ............................................................................................................................... 125

5.4.4. Esfuerzos ........................................................................................................................................... 126

5.5. Anlisis No Lineal paso a paso por Mtodo de Integracin Directa ...................................................... 129


5.5.2. Respuesta ssmica: Sismos Artificiales ............................................................................................. 132

5.5.2.1. Desplazamientos .......................................................................................................................... 133

[xiv]

5.5.2.2. Esfuerzos ....................................................................................................................................... 136

5.5.3. Respuesta ssmica: Sismos Reales .................................................................................................... 140

5.5.3.1. Desplazamientos .......................................................................................................................... 140

5.5.3.2. Esfuerzos ....................................................................................................................................... 144

Captulo 6: Respuesta Ssmica con Amortiguamiento Adicional .............................................................................. 149

6.1. Introduccin ............................................................................................................................................... 151

6.2. Modelo del Dispositivo de Amortiguamiento Viscoso No Lineal ........................................................... 151

6.3. Disposicin de los amortiguadores .......................................................................................................... 153

6.4. Anlisis Paramtrico ................................................................................................................................... 153

6.5. Seleccin de los Parmetros del Amortiguador ...................................................................................... 163

6.6. Anlisis no lineal paso a paso mediante Mtodo de Integracin Directa aplicando Amortiguamiento

Viscoso Suplementario ............................................................................................................................................ 165

6.6.1. Desplazamientos ............................................................................................................................... 166

6.6.2. Esfuerzos ........................................................................................................................................... 168

6.7. Anlisis Energtico ..................................................................................................................................... 171

Captulo 7: Comparacin y Discusin de Resultados .............................................................................................. 179

7.1. Introduccin ............................................................................................................................................... 181

7.2. Comparaciones y Resultados .................................................................................................................... 181

Captulo 8 ...................................................................................................................................................................... 187

8.1. Conclusiones ................................................................................................................................................... 189

8.2. Investigaciones Futuras ................................................................................................................................. 192

Anexo ............................................................................................................................................................................ 193

Referencias .................................................................................................................................................................... 197

[xv]

Listado de Figura

Figura 2.1: Sistemas de control y sus dispositivos ms caractersticos [Zevallos et al., 2002] ................................................ 13

Figura 2.2: Diagrama de Bloque para Control Pasivo [Symans y Constantinou, 1999] ........................................................... 13

Figura 2.3: Prueba para un amortiguador de 200 ton para Fuerza Area Norteamericana (1961)

[Taylor y Duflot, 2002] .......................................................................................................................................................... 14

Figura 2.4: (a) Esquema de disposicin de apoyos tradicional, para el puente de la figura contigua; (b) Esquema del

comportamiento ssmico de un puente viga tradicional [gentileza de Maurer Shner, 2006 (a)] ............................... 15

Figura 2.5: Colapso de paso superior Lo Echevers Vespucio Norte, Chile [gentileza MOP, Chile] .................................... 17

Figura 2.6: Puente Guaiquillo, Santiago-Talca Ruta 5 Sur, Chile [gentileza MOP, Chile] .......................................................... 17

Figura 2.7: Detalle tpico de un viaducto SS647, antes y despus del rehabilitacin con FVD)[Catellano, et al., 2009]. .... 21

Figura 2.8: Sistema de amortiguamiento instalado en viaducto SS 647. [Catellano, et al., 2009] .......................................... 21

Figura 2.9: Apoyo y esquema de la proteccin ssmica de un tpico viaducto SS 647 [Catellano, et al., 2009] .................... 21

Figura 2.10: Configuracin del reequipamiento el Puente Isap, elevacin transversal [Castellano, et al., 2009]. ............... 22

Figura 2.11: Amortiguadores instalados en el puente [Castellano, et al., 2009]. ...................................................................... 22

Figura 2.12: (a) Puente Chun Su, Corea; (b) Amortiguador viscoso instalado en el puente Chun Su

[Infanti, et al., 2004] .............................................................................................................................................................. 24

Figura 2.13: (a): Puente E-Po, provincia de Kyung Gy en la parte norte este de S. Corea; (b): Amortiguador del

puente E-Po Instalado en el pilar (c): Amortiguadores en disposicin longitudinal y transversal

[Infanti, et al., 2004]. ............................................................................................................................................................. 25

Figura 2.14: (a) Puente Kang Dong; (b) Amortiguador instalado en el puente [Infanti, et al., 2004]. ............................ 25

Figura 2.15: Estructura del Cdigo de Especificaciones de Diseo Ssmico de la Asociacin de Caminos de Japn

[adaptado de Duan et al., 2006]........................................................................................................................................... 27

Figura 2.16: Esquema de Puente modelado por Tsopelas et al., (2006) ................................................................................... 28

Figura 2.17: Mapa de Zonificacin Ssmica de Chile (a): regiones I,II y III; (b) Regiones IV, V, VI, VII, VIII, IX, X y

Regin Metropolina, y (c): Regiones XI y XII [Manual de Carreteras - vol N3, 2012]. ................................................. 32

Figura 2.18: Vista general del puente Amolanas [Beltrn et al., 2004] ...................................................................................... 34

Figura 2.19: Disipadores Viscosos Puente Amolanas [CEC.UCHILE, 2010]. ............................................................................. 35

Figura 2.20: Localizacin de disipadores viscoso en Puente Amolanas[CEC.UCHILE, 2010]. ................................................ 35

Figura 2.21: Puente Marga Marga [CEC.UCHILE. 2010] .............................................................................................................. 37

Figura 2.22: Localizacin de Aisladores Ssmicos, Puente Marga Marga [CEC.UCHILE. 2010] ............................................... 37

Figura 2.23: Seccin Viga Losa, Viaducto de la lnea 5 del Metro de Santiago [Sarrazn et al, 2002] .................................. 38

Figura 2.24: Detalle placa de neopreno reforzada - Viaducto de la lnea 5 del Metro de Santiago[Sarrazn et al, 2002]. ... 38

Figura 3.1: Respuesta de amortiguador viscoso, para condiciones de servicio y de vibracin de carga en funcin de:

(a) fuerza y desplazamiento y (b) fuerza y velocidad de desplazamiento [gentileza Maurer Shne, 2006 (a)]. ....... 47

Figura 3.2: Seccin de un amortiguador de Fluido Viscoso [gentileza Maurer Shne, 2006 (b)] .......................................... 47

Figura 3.3: Amortiguador de Fluido Viscoso FIP [gentileza FIP Industriale, Italia] ................................................................... 48

Figura 3.4: Partes de Amortiguador de Fluido Viscoso [Lee y Taylor, 2001] ............................................................................ 48

Figura 3.5: Amortiguadores de Fluidos Viscosos instalados en el metro puente en Adana, Turqua

[gentileza Maurer Shne, 2006 (b)] .................................................................................................................................... 48

Figura 3.6: Curva de histresis para amortiguadores lineales y no lineales para dos valores de N (coeficiente te

amortiguamiento), de acuerdo a ecuacin 3.1 [Lee y Taylor, 2001]. ............................................................................ 49

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[xvi]

Figura 3.7: Curva de Histresis para amortiguadores de fluido viscoso con tres valores de N ( ), bajo un movimiento

armnico [Lin y Chopra, 2002] ........................................................................................................................................... 50

Figura 3.8: Grfica de fuerza versus velocidad para valores distintos valores de N ( ) [Valdebenito et al., 2010]. .......... 50

Figura 3.9: Mximas fuerzas y desplazamientos en el amortiguador viscoso Solucin sin rigidez elstica

[Virtuoso et al., 2000]. ........................................................................................................................................................... 51

Figura 3.10: Mximas fuerzas y desplazamientos en el amortiguador viscoso Solucin con rigidez elstica

[Virtuoso et al., 2000] ............................................................................................................................................................ 52

Figura 3.11: Mximas fuerzas en la estructura para la solucin con amortiguadores viscosos y rigidez elstica

[Virtuoso et al., 2000]. ........................................................................................................................................................... 52

Figura 3.12: Curva de histresis de marco sin amortiguamiento de fluido viscoso [Taylor y Duflot, 2002]. ........................... 56

Figura 3.13: Curva de histresis de marco con amortiguamiento de fluido viscoso [Taylor y Duflot, 2002]. .......................... 56

Figura 3.14: Curvas UBC (Uniform Building Code) para una estructura (0,4g y tipo de suelo S2)

[Lee y Taylor, 2001]. .............................................................................................................................................................. 56

Figura 3.15: Esquema energtico ante una entrada de energa a una estructura

[adaptado de Maurer Shne, 2006 (b)] .............................................................................................................................. 57

Figura 3.16: Sistema de un grado de libertad, para explicar el comportamiento de un puente. ........................................... 59

Figura 3.17: (a) Ejemplo de disposicin de amortiguadores y apoyos ssmicos; (b) Puente con aislacin ssmica y

dispositivos de disipacin pasiva [gentileza Maurer Shne, 2006 (a)]. ........................................................................... 60

Figura 3.18: Minimizacin de la excitacin ssmica debido a la implementacin de aislacin ssmica y dispositivos

disipadores de energa [gentileza Maurer Shne, 2006 (a)]. .......................................................................................... 60

Figura 3.19: Modelo analtico simplificado [lvarez et al., 2009] ............................................................................................... 61

Figura 3.20: (a) Desplazamiento en la superestructura; (b) Aceleracin en la superestructura; (c) Fuerza en el

amortiguador; y (d) Velocidad en el amortiguador. .......................................................................................................... 62

Figura 3.21: Modelo de clculo con elementos finitos de puente continuo [Qi y Li, 2008] ................................................... 63

Figura 3.22: (a) Curva de histresis de amortiguadores de fluido viscoso en los estribos del puente de la figura 3.21 y

(b) Curva de histresis de amortiguadores de fluido viscoso en pilas del puente de la figura 3.21

[Qi y Li, 2008]. ........................................................................................................................................................................ 64

Figura 3.23: Modelo de elementos finitos de puente modelado por Berton et al. (2004) ...................................................... 65

Figura 3.24: Respuesta de la junta C. (a) Comparacin de Opening/closing vs tiempo para el caso con y sin

amortiguadores; (b) fuerza del amortiguador vs desplazamiento (SEE input) [Berton et al., 2004]. ......................... 66

Figura 4.1: Vista general acceso puente Muchi [Fuente: propia] ............................................................................................... 69

Figura 4.2: Puente Muchi: (a) Vista Longitudinal y (b) Disposicin de vigas y arriostramientos[Fuente: propia] ........ 69

Figura 4.3: Seccin transversal de losa puente Muchi [Fuente: elaboracin propia, basada en planos

facilitados por MOP] ............................................................................................................................................................ 70

Figura 4.4: Arriostramientos verticales del sistema de vigas de puente Muchi, espaciados longitudinalmente a 3.88 [m]

[Fuente: elaboracin propia, basada en planos facilitados por MOP] ............................................................................. 71

Figura 4.5 (a): Viga tipo de puente Muchi [Fuente: elaboracin propia, basada en planos facilitados por MOP];

(b): Secciones transversales viga metlica puente Muchi [Fuente: planos facilitados por MOP] ............................. 71

Figura 4.6: Placa Apoyo Neopreno(dureza 60 Shore A) de puente Muchi [Fuente: planos facilitados por MOP] ............ 71

Figura 4.7: Detalle Barras Antissmicas puente Muchi [Fuente: planos facilitados por MOP] ................................................ 72

Figura 4.8 (a): Elevacin frontal estribo puente Muchi; (b): Vista en planta estribo puente Muchi

[Fuente: elaboracin propia, basada en planos facilitados por MOP] ........................................................................... 72

Figura 4.9: Puente Nilahue, estructura actual [Fuente: propia] ................................................................................................. 73

Figura 4.10: Proyecto puente Nilahue [Fuente: elaboracin propia, basada en planos facilitados por MOP] ...................... 73

[xvii]

Figura 4.11: Seccin transversal puente Nilahue [Fuente: elaboracin propia, basada en

planos facilitados por MOP] ................................................................................................................................................. 74

Figura 4.12 (a): Arriostramientos verticales del sistema de vigas; (b): Viga tipo de puente Nilahue

[Fuente: elaboracin propia, basada en planos facilitados por MOP] ........................................................................... . 74

Figura 4.12 (c): Placa de apoyo neopreno (dureza 60 Shore A) [Fuente: basada en planos facilitados por MOP] ........... 75

Figura 4.13: Placa de apoyo neopreno (dureza 60 Shore A) [Fuente: basada en planos facilitados por MOP] ................. 75

Figura 4.14: Detalle perno de anclaje puente Nilahue [Fuente: basada en planos facilitados por MOP].............................. 75

Figura 4.15 (a): Vista frontal estribo puente Nilahue; (b): Vista posterior estribo puente Nilahue

[Fuente: elaboracin propia, basada en planos facilitados por MOP] ............................................................................ 76

Figura 4.16 a): Acceso puente Itropulli T-65; ( b): Puente Itropulli vista longitudinal [Fuente: propia] ............................. 76

Figura 4.17: Vista general puente Itropulli [Fuente: elaboracin propia, basada en planos facilitados por MOP] .............. 77

Figura 4.18: Seccin transversal tablero puente Itropulli [Fuente: elaboracin propia, basada en planos

facilitados por MOP] .............................................................................................................................................................. 77

Figura 4.19: "Dimensiones viga postensada tipo puente Itropulli"[Fuente: elaboracin propia, basada en

planos facilitados por MOP] ................................................................................................................................................. 77

Figura 4.20: Placa de apoyo neopreno(Dureza Shore 60 500 x 350 x 40 [mm]) de puente Itropulli

[Fuente: basada en planos facilitados por MOP] ............................................................................................................... 78

Figura 4.21: Detalle perno de anclaje puente Itropulli [Fuente: basada en planos facilitados por MOP] ............................. 78

Figura 4.22 (a): Vista frontal estribo puente Itropulli; (b): Vista posterior estribo puente Itropulli

[Fuente: elaboracin propia basada en planos facilitados por MOP] .............................................................................. 79

Figura 4.23: Cepa puente Itropulli [Fuente: elaboracin propia basada en planos facilitados por MOP]............................. 79

Figura 4.24: Sistema de un grado de libertad con apoyos elastomricos [Zang, 2000] ........................................................... 85

Figura 4.25: Coordenadas locales y esfuerzos internos de elemento Link [CSI, 2010] ............................................................. 85

Figura 4.26: Diseo de seccin puente Muchi con Section Designer de Sap2000 [Fuente: elaboracin propia] ................ 86

Figura 4.27: Modelo de elementos finitos para puente Muchi [Fuente: elaboracin propia] ................................................ 86

Figura 4.28: Vista general modelo puente Muchi por medio de elementos shell y frame [Fuente: elaboracin propia] ... 87

Figura 4.29: Diseo de seccin Puente Nilahue con Section Designer [Fuente: elaboracin propia] .................................. 88

Figura 4.30: Modelo de elementos finitos para Puente Nilahue [Fuente: elaboracin propia] ............................................. 88

Figura 4.31: Vista General modelo Puente Muchi por medio de elementos shell y frame [Fuente: elaboracin propia] 88

Figura 4.32: Modelo de elementos finitos para puente Itropulli [Fuente: elaboracin propia] ............................................. 90

Figura 4.33: Diseo de seccin puente Itropulli con Section Designer [Fuente: elaboracin propia] ................................. 90

Figura 4.34: Vista General modelo Puente Itropulli por medio de elementos shell y frame

[Fuente: elaboracin propia] ............................................................................................................................................... 91

Figura 4.35: Funcin de intensidad compuesta para la generacin de acelerogramas artificiales

[Adaptado de Gasparini y Venmarke, 1976] ....................................................................................................................... 93

Figura 4.36: Espectro de diseo segn Manual de Carreteras (2012) [Fuente: elaboracin propia, basada en

Manual de Carreteras (2012) y CEN (1998)] ....................................................................................................................... 95

Figura 4.37: Historias temporales para Evento 1 (distancia hipocentral 120 [km]) [Fuente: elaboracin propia] .............. 97

Figura 4.38: Espectros de respuestas para Evento 1 (distancia hipocentral 120 [km]) con 5% de amortiguamiento


Figura 4.39: Historias temporales para Evento 2 (distancia hipocentral 60 [km])[Fuente: elaboracin propia] ................. 98

Figura 4.40: Espectros de respuestas para Evento 2 (distancia hipocentral 60 [km]) con 5% de amortiguamiento


file:///C:/Users/Karen/Desktop/TESIS%20DEFINITIVA/tesis%20kaen.docx%23_Toc341410256file:///C:/Users/Karen/Desktop/TESIS%20DEFINITIVA/tesis%20kaen.docx%23_Toc341410256file:///C:/Users/Karen/Desktop/TESIS%20DEFINITIVA/tesis%20kaen.docx%23_Toc341410262

[xviii]

Figura 4.41 a): Espectros de pseudo - aceleracin generados para evento 1 comparados con espectro de diseo elstico

del Manual de Carreteras (2012); (b): Espectros de pseudo velocidad generados para evento 1 comparados

con espectro de diseo elstico del Manual de Carreteras (2012) [Fuente: elaboracin propia] .............................. 99

Figura 4.42 a): Espectros de pseudo - aceleracin generados para evento 2 comparados con espectro de diseo elstico

del Manual de Carreteras (2012); (b): Espectros de pseudo velocidad generados para evento 2 comparados

con espectro de diseo elstico del Manual de Carreteras (2012) [Fuente: elaboracin propia] ............................. 99

Figura 4.43: Historias temporales estacin Llay Llay (3 de marzo 1985) [Fuente: elaboracin propia] .............................. 102

Figura 4.44: Espectros de Respuestas de estacin Llay Llay (3 de marzo 1985) para 5% de amortiguamiento

[Fuente: elaboracin propia] ............................................................................................................................................. 102

Figura 4.45: Historias temporales estacin San Felipe (3 de marzo 1985) [Fuente: elaboracin propia]........................... 103

Figura 4.46: Espectros de Respuestas de estacin San Felipe (3 de marzo 1985) para 5% de amortiguamiento


Figura 4.47: Historias temporales estacin Valdivia (27 de Febrero 1985) [Fuente: elaboracin propia] .......................... 104

Figura 4.48: Espectros de Respuestas de estacin Valdivia (27 de febrero 2010) para 5% de amortiguamiento


Figura 5.1: Puntos de anlisis de desplazamiento y esfuerzos en la respuesta de los puentes Muchi y Nilahue, para los

modelos tipo A y B [Fuente: elaboracin propia]. ......................................................................................................... 109

Figura 5.2: Puntos de anlisis de desplazamiento y esfuerzos en la respuesta del puente Itropulli, para los modelos

tipo A y B [Fuente: elaboracin propia]. ......................................................................................................................... 109

Figura 5.3: Esfuerzos de corte en punto 1 para los modelos tipo A (a) y B (b) de puente Muchi


Figura 5.4: Esfuerzos de corte en punto 1 para los modelos tipo A (a) y B (b) de puente Nilahue


Figura 5.5: Esfuerzos axial y corte en puntos 1y 3 respectivamente, para los modelos tipo A (a) y B (b) de Puente

Itropulli [Fuente: elaboracin propia]............................................................................................................................. 111

Figura 5.6: Primeras 6 formas modales de modelo tipo A de puente Muchi [Fuente: elaboracin propia] ....................... 114

Figura 5.7: Primeras 6 formas modales de modelo tipo B de puente Muchi [Fuente: elaboracin propia] ....................... 115

Figura 5. 8: Primeras 6 formas modales de modelo tipo A de Puente Nilahue [Fuente: elaboracin propia] .................... 116

Figura 5.9: Primeras 6 formas modales de modelo tipo B de puente Nilahue [Fuente: elaboracin propia] .................... 117

Figura 5.10: Primeras 6 formas modales de modelo tipo A de puente Itropulli [Fuente: elaboracin propia] .................. 117

Figura 5.11: Primeras 6 formas modales de Modelo B de Puente Itropulli [Fuente: elaboracin propia] .......................... 119

Figura 5.12: Resumen de pseudo - espectros de aceleracin, para los eventos de Llay Llay (1985), San Felipe (1985),

Valdivia(2010) y el espectro artificial del Manual de Carreteras(2012) para zona Ssmica 3 y suelo tipo III


Figura 5.13: Resumen de pseudo - espectros de Velocidad, para los eventos de Llay Llay (1985), San Felipe (1985),

Valdivia(2010) y el espectro artificial del Manual de Carreteras (2012) para zona Ssmica 3 y suelo tipo III

[Fuente: elaboracin propia]. ............................................................................................................................................ 124

Figura 5.14: Desplazamientos Longitudinales [cm] en Apoyo (punto 1) [Fuente: elaboracin propia]............................. 134

Figura 5.15: Desplazamientos transversales [cm] en apoyo (punto 1) [Fuente: elaboracin propia] ................................ 134

Figura 5.16: Desplazamientos longitudinales [cm] al centro del vano (punto 2) [Fuente: elaboracin propia] ............... 134

Figura 5.17: Desplazamientos transversales [cm] al centro del vano (punto 2)[Fuente: elaboracin propia] .................. 135

Figura 5.18: Desplazamientos verticales [cm] al centro del vano (punto 2) [Fuente: elaboracin propia] ....................... 135

Figura 5.19: Desplazamientos longitudinales[cm] en cabeza de cepa puente Itropulli (punto 4)[Fuente: elaboracin

propia] .................................................................................................................................................................................. 135

[xix]

Figura 5.20: Esfuerzos axiales [Tonf] en aoyo (punto 1) sismos artificiales [Fuente: elaboracin propia] ..................... 137

Figura 5.21: Corte basal [Tonf]en el plano del puente, en punto de apoyo (punto 1) sismos artificiales


Figura 5.22: Corte basal [Tonf]fuera del plano del puente, en punto de apoyo (punto 1) sismos artificiales


Figura 5.23: Momento flector fuera del plano del puente [Tonf - m], en punto de apoyo (punto 1) sismos artificiales


Figura 5.24: Momento flector fuera del plano del puente [Tonf - m], en tramo central (punto 2) sismos artificiales


Figura 5.25: Momento flector en el plano del puente [Tonf - m], en punto tramo central (punto 2) sismos artificiales


Figura 5.26: Esfuerzos internos zona de empotramiento colunma puente Itropulli sismos artificiales


Figura 5.27: Desplazamientos Longitudinales [cm] en Apoyo (punto 1) sismos reales


Figura 5.28: Desplazamientos Transversales [cm] en Apoyo (punto 1) sismos reales


Figura 5.29: Desplazamientos Longitudinales [cm] al centro del vano (punto 2) sismos reales


Figura 5.30: Desplazamientos Transversales [cm] al centro del vano (punto 2) sismos reales


Figura 5.31: Desplazamientos Verticales [cm] al centro del vano (punto 2) sismos reales


Figura 5.32: Desplazamientos Longitudinales[cm] en cabeza de cepa puente Itropulli (punto 4) sismos reales


Figura 5.33: Esfuerzos axiales [Tonf] en apoyo (punto 1) sismos reales [Fuente: elaboracin propia] .......................... 145

Figura 5.34: Corte basal [Tonf] fuera del plano del puente, en punto de Apoyo (punto 1) sismos reales


Figura 5.35: Corte basal [Tonf]fuera del plano del puente, en punto de Apoyo (punto 1) sismos reales


Figura 5.36: Momento flector fuera del plano del puente [Tonf - m], en punto de apoyo (punto 1) sismos reales


Figura 5.37: Momento flector fuera del plano del puente [Tonf - m], en tramo central (punto 2) sismos reales


Figura 5.38: Momento Flector en el plano del puente [Tonf - m], en tramo central (punto 2) sismos reales


Figura 5.39: Esfuerzos internos zona de empotramiento columna puente Itropulli sismos reales


Figura 6.1: Modelo de amortiguador viscoelstico segn Maxwell, usado en SAP2000" [CSI, 2010] .................................... 152

Figura 6.2: Deformacin en amortiguador y ejes locales del elemento link [CSI, 2010] ...................................................... 152

Figura 6.3: Disposicin amortiguadores viscosos para puentes Muchi y Nilahue[Fuente: elaboracin propia] ................ 153

Figura 6.4: Disposicin amortiguadores viscosos para puente Itropulli [Fuente: elaboracin propia] .............................. 153

Figura 6.5: Desplazamiento longitudinal del tablero segn los distintos C y N para sismo artificial y real de puente

Muchi con FVD [Fuente: elaboracin propia] ................................................................................................................ 155

[xx]


Nilahue con FVD [Fuente: elaboracin propia] ............................................................................................................. 156


Itropulli con FVD [Fuente: elaboracin propia] ............................................................................................................. 157

Figura 6. 8: Fuerza en amortiguador para sismo artificial y real de puente Muchi[Fuente: elaboracin propia] ............... 158

Figura 6.9: Fuerza en Amortiguador para sismo artificial y real de puente Nilahue[Fuente: elaboracin propia] ............ 158

Figura 6.10: Fuerza en amortiguador para sismo artificial y real de puente Itropulli [Fuente: elaboracin propia] ......... 159

Figura 6.11: Esfuerzo axial mximo en tablero segn los distintos C y N para sismo artificial y real de puente

Muchi con FVD [Fuente: elaboracin propia] ................................................................................................................ 161

Figura 6.12: Esfuerzo axial mximo en tablero segn los distintos C y N para sismo artificial y real de puente Nilahue

con FVD [Fuente: elaboracin propia] ............................................................................................................................ 161

Figura 6.13: Esfuerzo axial mximo en segn los distintos C y N para sismo artificial y real de puente Itropulli con FVD


Figura 6.14: Esfuerzo de corte en el plano del puente en la fundacin de la cepa, para sismo artificial y real de puente

Itropulli [Fuente: elaboracin propia]............................................................................................................................. 163

Figura 6.15: Esfuerzo de momento en el plano del puente en la fundacin de la cepa, para sismo artificial y real de

puente Itropulli [Fuente: elaboracin propia] ............................................................................................................... 163

Figura 6.16: Desplazamientos longitudinales en el punto de apoyo del tablero para puentes Muchi y Nilahue con FVD,

debido a sismos artificiales [Fuente: elaboracin propia] ............................................................................................. 166

Figura 6.17: Desplazamientos longitudinales puente Itropulli con FVD debido a sismos artificiales


Figura 6.18: Desplazamientos longitudinales en el punto de apoyo del tablero para puentes Muchi y Nilahue,

debido a sismos reales [Fuente: elaboracin propia] .................................................................................................... 167

Figura 6.19: Desplazamientos longitudinales puente Itropulli con FVD debido a sismos reales


Figura 6.20: Esfuerzos Axiales en punto de apoyo de tablero (punto de apoyo) para puentes Muchi y Nilahue

con FVD, debido a sismos artificiales [Fuente: elaboracin propia] ............................................................................ 169

Figura 6.21: Esfuerzos puente Itropulli (en el plano del puente) debido a sismos artificiales


Figura 6.22: Esfuerzos axiales en punto de apoyo de tablero (punto de apoyo) para puentes Muchi y Nilahue

con FVD debido a sismos reales [Fuente: elaboracin propia] .................................................................................... 170

Figura 6.23: Esfuerzos puente Itropulli con FVD(en el plano del puente) debido a sismos reales


Figura 6.24: Energa de entrada y energa disipada por el amortiguador para el puente Muchi


Figura 6.25: Energa de entrada y energa disipada por el amortiguador para el puente Nilahue


Figura 6.26: Energa de entrada y energa disipada por el amortiguador para el puente Itropulli


Figura 6.27: Energa de entrada (Input) y disipada por el dispositivo de amortiguamiento viscoso suplementario,

para los eventos ssmicos [Fuente: elaboracin propia] ............................................................................................... 173

Figura 6.28: Resumen de espectros de aceleraciones reales v/s perodo predominante de los puentes Muchi, Nilahue

e Itropulli [Fuente: elaboracin propia] ......................................................................................................................... 175

Figura 6.29: Grfica Masa [Ton] de puentes Muchi, Nilahue e Itropulli v/s Input de energa [MJ] aportados por los

eventos ssmicos artificiales y reales seleccionados (seccin 4.4) [Fuente: elaboracin propia] ............................. 176

[xxi]

Figura 6.30: Grfica de Disipacin de energa porcentual segn evento ssmico [Fuente: elaboracin propia] ............... 177

Figura 6.31: Resumen energtico Puente Muchi"[Fuente: elaboracin propia] .................................................................. 178

Figura 6.32: Resumen energtico Puente Nilahue [Fuente: elaboracin propia] .............................................................. 178

Figura 6.33: Resumen energtico Puente Itropulli [Fuente: elaboracin propia] ............................................................. 178

Figura 7.1: Desplazamientos longitudinales en el tablero (apoyo punto 1) del puente Muchi con y sin FVD,

considerando el evento de mayor demanda ssmica artificial y real [Fuente: elaboracin propia] ......................... 181

Figura 7.2: Desplazamientos longitudinales en el tablero (apoyo punto 1) del puente Nilahue con y sin FVD,

considerando el evento de mayor demanda ssmica artificial y real [Fuente: elaboracin propia] ......................... 182

Figura 7.3: Desplazamientos longitudinales en el tablero (apoyo punto 1) del puente Itropulli con y sin FVD,

considerando el evento de mayor demanda ssmica artificial y real[Fuente: elaboracin propia] .......................... 182

Figura 7.4: Esfuerzos axiales en apoyo del tablero (punto 1) del puente Muchi con y sin FVD, considerando el evento

de mayor demanda ssmica artificial y real [Fuente: elaboracin propia] ................................................................... 183

Figura 7.5: Esfuerzos axiales en apoyo del tablero (punto 1) del puente Nilahue con y sin FVD, considerando el evento


Figura 7.6: Esfuerzos axiales en apoyo del tablero (punto 1) del puente Itropulli con y sin FVD, considerando el evento


Figura 7.7: Esfuerzos de corte en el plano del puente, en el empotramiento de la cepa del puente Itropulli con y

sin FVD, considerando el evento de mayor demanda ssmica artificial y real[Fuente: elaboracin propia] ........... 183

Figura 7.8: Momento flector en el plano del puente, en el empotramiento de la cepa del puente Itropulli con y

sin FVD, considerando el evento de mayor demanda ssmica artificial y real[Fuente: elaboracin propia] ........... 184

Figura 7.9: Porcentaje de reduccin de desplazamiento longitudinal en punto de apoyo (1) versus % de energa

disipada por los amortiguadores de fluidos viscosos, en: a) Puente Muchi; b) Puente Nilahue y c) Puente Itropulli


[xxii]

Listado de Tablas

Tabla 2.1: Matriz de Ejecucin para el Diseo Ssmico [adaptado de Duan et al., 2006] ..................................... 27

Tabla 2.2: Aplicacin de Mtodos de Verificacin de Cumplimiento Ssmico de acuerdo a las

caractersticas de ................................................................................................................................................ 28

Tabla 2.3: Amortiguamiento en puente Amolanas [Beltrn et al., 2004] .................................................................. 36

Tabla 2.4: Resumen de Proteccin Ssmica de puentes en Europa [Fuente: elaboracin propia] ...................... 39

Tabla 2.5: Resumen de Proteccin Ssmica de puentes en Asia [Fuente: elaboracin propia] ............................ 40

Tabla 2.6: Resumen de Proteccin Ssmica de puentes en Amrica [Fuente: elaboracin propia] ..................... 42

Tabla 3.1: Comparacin del coeficiente de amortiguamiento de distintas estructuras y componentes

[adaptado de Maurer Shne, 2006 (b)] ........................................................................................................................ 57

Tabla 4.1: Disposicin de materiales usados en puentes Muchi, Nilahue e Itropulli

[Fuente: elaboracin propia] ............................................................................................................................... 80

Tabla 4.2: Propiedades mecnicas para hormigones H30 y H40 [Fuente: elaboracin propia] ........................... 80

Tabla 4.3: Propiedades Mecnicas para aceros de refuerzo y estructurales [Fuente: elaboracin propia] ......... 81

Tabla 4.4: Clculo de Pesos propios para puentes Muchi, Nilahue e Itropulli [Fuente: elaboracin propia] ..... 82

Tabla 4.5: Clculo de rigidez horizontal y coeficiente de amortiguamiento de placas de neopreno de

puente Muchi [Fuente: elaboracin propia] ..................................................................................................... 86


puente Nilahue [Fuente: elaboracin propia]................................................................................................... 87


puente Itropulli [Fuente: elaboracin propia] .................................................................................................. 89

Tabla 4.8: Parmetros para la obtencin del espectro elstico de diseo [Fuente: elaboracin propia] ............ 95

Tabla 4.9: Resumen de eventos ssmicos artificiales generados para distancias hipocentrales de 120 [km]

y 60 [km] [Fuente: elaboracin propia] .......................................................................................................... 100

Tabla 4.10: Resumen de eventos ssmicos reales seleccionados. Tipos de suelo segn Celedn (2010) y

Valdebenito et al. (2012) ..................................................................................................................................... 101

Tabla 5.1: Desplazamientos para los puntos 1 y 2 de las figuras 5.1 y 5.2, generados a partir de un anlisis

esttico no lineal [Fuente: elaboracin propia] .............................................................................................. 109

Tabla 5.2: Esfuerzos para los puntos 1, 2 y 3 de las figuras 5.1 y 5.2, generados a partir de un anlisis

esttico no lineal [Fuente: elaboracin propia] .............................................................................................. 110

Tabla 5. 3: Participacin de masa modal, puente Muchi Modelo tipo A [Fuente: elaboracin propia] ......... 113

Tabla 5.4: Participacin de masa modal, puente Muchi modelo tipo B [Fuente: elaboracin propia] .......... 114

Tabla 5.5: Participacin de masa modal, puente Nilahue modelo tipo A [Fuente: elaboracin propia] ........ 115

Tabla 5.6: Participacin de masa modal puente Nilahue modelo tipo B [Fuente: elaboracin propia] ........ 116

Tabla 5.7: Participacin de masa modal puente Itropulli modelo tipo A [Fuente: elaboracin propia] ........ 118

Tabla 5.8: Participacin de masa modal puente Itropulli modelo tipo B [Fuente: elaboracin propia] ........ 119

[xxiii]

Tabla 5.9: Perodos predominantes para los modelos frame y shell de los puentes Muchi, Nilahue e

Itropulli [Fuente: elaboracin propia] ............................................................................................................. 122

Tabla 5.10: Desplazamientos [cm] resultantes de anlisis mediante espectro- respuesta en puntos 1 y 2

de los puentes en estudio [Fuente: elaboracin propia] ............................................................................... 125

Tabla 5.11: Esfuerzos internos resultantes [Tonf m] de anlisis mediante espectro- respuesta en puntos

1, 2 y 3 de los puentes en estudio [Fuente: elaboracin propia] .................................................................. 127

Tabla 5.12: Resumen de esfuerzos ssmicos mximos [Tonf m]de anlisis mediante espectro respuesta

v/s anlisis esttico no lineal [Fuente: elaboracin propia] ........................................................................... 129

Tabla 5.13: Desplazamientos [cm] resultantes de anlisis paso a paso no lineal en puntos 1 y 2 para sismos

artificiales [Fuente: elaboracin propia] .......................................................................................................... 133

Tabla 5.14: Resumen de desplazamientos mximos [cm] (valor absoluto) de anlisis mediante espectro

respuesta v/s anlisis no lineal paso a paso, para sismo artificial mximo, generado a partir del Manual

de Carreteras 2012 [Fuente: elaboracin propia] ........................................................................................... 136

Tabla 5.15: Esfuerzos [Tonf - m] resultantes de anlisis paso a paso no lineal en puntos 1 y 2 para sismos

artificiales [Fuente: elaboracin propia] .......................................................................................................... 137

Tabla 5.16: Desplazamientos [cm] resultantes de anlisis paso a paso no lineal en puntos 1 y 2 para sismos

reales [Fuente: elaboracin propia] ................................................................................................................. 141

Tabla 5.17: Resumen de desplazamientos mximos [cm] (valor absoluto) de Anlisis No Lineal Paso a Paso,

para sismos artificial y real mximos (definidos en captulo 4.4) [Fuente: elaboracin propia] ............... 144



Tabla 5.19: Esfuerzos [Tonf - m] resultantes de anlisis paso a paso no lineal en puntos 1, 2 y 3, para sismos

artificial y real mximos en cada estructura [Fuente: elaboracin propia] ................................................... 147

Tabla 6.1: Desplazamientos longitudinales en el tablero, resultantes del anlisis paramtrico para el mayor

evento ssmico [Fuente: elaboracin propia] ................................................................................................. 164

Tabla 6.2: Fuerzas en el amortiguador, resultantes del anlisis paramtrico para el mayor evento ssmico

[Fuente: elaboracin propia] ............................................................................................................................. 164

Tabla 6.3: Resumen de los parmetros ptimos de los amortiguadores y propuesta comercial [Fuente:

elaboracin propia] ............................................................................................................................................. 165

Tabla 6.4: Desplazamientos [cm] resultantes de anlisis paso a paso no lineal en puntos 1, 2 y 4 para sismos

artificiales incluyendo amortiguamiento viscoso suplementario [Fuente: elaboracin propia] ................. 166

Tabla 6.5: Desplazamientos [cm] resultantes de anlisis paso a paso no lineal en puntos 1, 2 y 4 para sismos

reales incluyendo amortiguamiento viscoso suplementario [Fuente: elaboracin propia] ........................ 167

Tabla 6.6: Esfuerzos [Tonf - m] resultantes de anlisis paso a paso no lineal en puntos 1, 2 y 3 para sismos

artificiales incluyendo amortiguamiento viscoso suplementario [Fuente: elaboracin propia] ................. 168



[xxiv]

[1]

Captulo 1

Introduccin

Proteccin Ssmica de Puentes Tradicionales Chilenos usando Amortiguamiento Viscoso Suplementario

Karen Bustos Zheleznova

[2]

Captulo 1

Introduccin

[3]

1.1. Motivacin y Justificacin. Planteamiento del Problema

A lo largo de la historia, el hombre ha estado en constante bsqueda por mejorar su calidad de vida y obtener el

tan anhelado bienestar. El acto de viajar ha enfrentado a la humanidad a idear mtodos que permitan optimizar

longitudes o mejorar las rutas. Los caprichos del relieve terrestre, como ros o valles, han podido ser salvados

gracias a la utilizacin de puentes, que quizs primitivamente, consistan en un simple tronco de rbol. Estas

estructuras han avanzado en la medida en que la tecnologa lo ha hecho, sin embargo, el avance ms drstico ha

sido en los albores del siglo XX, con la invencin del hormign armado, lo que desencaden un cambio

fundamental en el proceso de diseo y construccin. Actualmente, el estudio est enfocado en herramientas

que permitan la durabilidad y resistencia de las estructuras, para soportar tanto las cargas producidas por

trnsito, como aquellas menos predecibles y ms dainas, como las ssmicas .

Los puentes de todo tipo - como tirantes, colgantes, de arcos o vigas - son estructuras muy vulnerables, lo que

ha quedado demostrado no slo con el ltimo terremoto sufrido en Chile, sino con ejemplos de otros pases,

que han experimentado esta misma realidad, comprobando lo costoso que resulta la reparacin o, en el peor de

los casos, la reconstruccin, adems de las mermas en tiempo, conectividad, comunicacin o incluso prdida de

vidas humanas.

Chile se caracteriza por ser uno de los pases ms ssmicos a nivel mundial. Su ubicacin sobre una falla

geolgica (el Cinturn de Fuego del Pacfico), lo transforma en un territorio muy vulnerable a esta condicin

ssmica de peligro. No se puede olvidar que el terremoto ocurrido en Valdivia en 1960, es el de mayor magnitud

registrada hasta ahora. Actualmente, an estamos viviendo las consecuencias del ltimo terremoto acaecido el

27 de febrero del ao 2010, enlistado dentro de los 10 de mayor magnitud Richter registrados histricamente.

De esta manera, la necesidad de implementar tecnologa de proteccin ssmica cada vez ms innovadora y

eficiente en nuestras estructuras es fundamental, sobre todo cuando en Chile, el diseo y mantencin de obras

viales no cuenta con un desarrollo avanzado en trminos de innovacin. La tipologa de puentes chilena es poco

variada, limitndose casi en un 90%, a puentes tipo viga de canto constante, ya sea isostticos o de viga

continua. El Manual de Carreteras (2012) no considera disposiciones ni recomendaciones de diseo para

puentes especiales, como aquellos de tablero suspendido - puentes colgantes y atirantados - o puentes de arcos

metlicos.



[4]

Cuando ocurre un sismo, el puente busca disipar energa a travs de los elementos estructurales principales. Sin

embargo, la estructura muchas veces no tiene los medios propios para disipar esta enorme cantidad de energa,

provocando daos o colapso no deseados. De este modo, surge la necesidad de hacer puentes o estructuras

cada vez ms seguras ante eventos ssmicos, lo que implica buscar mtodos que proporcionen una real

proteccin. Es por ello que, en los ltimos aos a nivel mundial, se ha desplegado un desarrollo importante

para la ingeniera antissmica donde los dispositivos de control pasivo como amortiguadores de fluido viscoso,

han tenido un comportamiento interesante. Estos dispositivos son capaces de disipar una gran cantidad de la

energa dinmica de entrada en una estructura, incluso sobre un 60% en algunos casos, generando reducciones

en desplazamientos y esfuerzos. Por otro lado, como expone lvarez (2004), en caso de ser necesario, dichos

dispositivos pueden ser fcilmente remplazados despus de un sismo severo, la estructura no queda fuera de

servicio, ni se ve comprometida la estabilidad de la misma, y el costo total del remplazo puede ser bastante

menor que los costos de reparacin e interrupcin en una construccin convencional. Los beneficios que se

obtienen de su incorporacin, son por ejemplo: reduccin en el costo del proyecto, disminucin de las

deformaciones y tensiones en los elementos estructurales, ausencia de desplazamientos permanentes, mejor

aprovechamiento del uso de materiales, conservacin de las caractersticas arquitectnicas, instalacin en

puentes ya construidos, rehabilitacin de estructuras daadas o deficientes, etc.

El propsito de esta tesis es comprobar la efectividad de los amortiguadores de fluido viscoso (FVD), en

estructuras de puente viga tipo, como las de diseo usual en Chile. Estas tipologas son gentilmente

proporcionadas por el Departamento de Proyectos de la Direccin de Vialidad del Ministerio de Obras Pblicas

de la XIV Regin de los Ros. Para lograr este objetivo, los puentes a analizar fueron modelados con y sin

amortiguamiento viscoso suplementario, para luego examinar su comportamiento, y as, finalmente, ver si se

presentan beneficios importantes en cuanto a una eficiente proteccin ssmica.

El desarrollo de esta tesis podra aportar a una futura Norma Chilena de Diseo Antissmica para puentes, que

actualmente no existe.

Captulo 1

Introduccin

[5]

1.2. Objetivos

1.2.1. Objetivo general

Estudiar el comportamiento ssmico no lineal y analizar la efectividad de la incorporacin de Amortiguamiento

Viscoso Suplementario como sistema de disipacin de energa adicional, para puentes tradicionales de viga

chilenos.

1.2.2. Objetivos especficos

Realizar un anlisis bibliogrfico actualizado, orientado a generar un estado del arte sobre el

comportamiento ssmico en puentes viga con incorporacin de amortiguamiento viscoso

suplementario, tanto a nivel mundial, como en Chile.

Caracterizar el uso de Amortiguadores de Fluido Viscoso (FVD) en puentes con fines de proteccin

ssmica.

Caracterizar dinmicamente las tipologas de puente viga a analizar.

Estudiar la respuesta con y sin amortiguamiento viscoso adicional y analizar la efectividad de la

incorporacin de FVD en trminos de disipacin de energa.

Establecer las conclusiones del anlisis y proponer recomendaciones prcticas sobre el uso de

amortiguamiento viscoso suplementario, como sistema adicional de disipacin de energa.



[6]

1.3. Metodologa de Trabajo

Mediante una completa revisin bibliogrfica, se har una recopilacin de antecedentes que permitir

conocer los procedimientos, condiciones y resultados de distintos proyectos e investigaciones

relacionadas con la proteccin ssmica en puentes vigas, basados en la incorporacin de

amortiguamiento viscoso suplementario. Con ello, se pretende generar un estado del Conocimiento

actualizado.

Se caracterizarn los amortiguadores en base a sus propiedades fsicas y mecnicas. Estas sern la base

para proponer un modelo de dispositivo para los puentes a seleccionar.

Con el respaldo terico previo, se seleccionarn dentro de los puentes disponibles, de acuerdo a lo

facilitado gentilmente por el Departamento de proyectos de la Direccin de Vialidad del MOP de la XIV

Regin de Los Ros, aquellos que sean ms representativos de las tipologas de puentes Chilenos. La

modelacin se har en el software SAP2000 v14.2.4, en base a dos modelos (por puente). En uno se

utilizarn elementos tipo barra (frame) y en el otro se usarn elementos de rea (shell).

Para el Input ssmico se seleccionarn sismos reales y artificiales considerando las mismas condiciones

de peligrosidad ssmica y suelo (Zona 3 y suelo tipo III de acuerdo a la clasificacin original de la norma

chilena NCh433 Of.96). Los eventos artificiales se obtendrn del espectro de diseo elstico propuesto

por el Manual de Carreteras (2012). Los eventos reales se obtendrn de lo registrado por la estacin de

Valdivia durante el terremoto del 27 de febrero de 2010 (epicentro en el mar frente a las costas de

Curanipe y Cobquecura, en la VIII Regin del Biobo), escalado a una PGA = 0.4 [g], a dems de lo

registrado por las estaciones de San Felipe y Llay Llay durante el terremoto del 3 de marzo de 1985

(epicentro en las costas del sur de la regin de Valparaso).

Se analizarn los puentes en condiciones de servicio habitual, sin considerar amortiguadores de fluidos

viscosos (FVD) por medio de los anlisis estticos no lineales, modales, mediante espectro respuesta,

paso a paso no lineal por el mtodo de integracin directa.

Se estudiar la respuesta ssmica de los puentes considerando FVD, empleando mtodos de

integracin paso a paso no lineales. Para ello, se determinarn los parmetros ptimos de diseo de los

dispositivos, sobre la base de un estudio paramtrico, en el cual se buscar la mejor combinacin de

C (coeficiente de amortiguamiento) y N (exponente de velocidad) capaz de maximizar la eficiencia

estructural, en trminos de minimizar la respuesta ssmica de los desplazamientos del tablero, as como

minimizar las fuerzas dentro del amortiguador.

Captulo 1

Introduccin

[7]

Se har un anlisis energtico de los puentes con FVD para conocer la efectividad de los dispositivos,

en trminos de proteccin, de acuerdo a la cantidad de energa disipada por ellos, respecto del input

de energa.

Se compararn y discutirn los resultados del anlisis.

Establecer las conclusiones y recomendaciones.

1.4. Estructura de la Tesis

El trabajo de Tesis se compone de 8 Captulos, adems de las referencias bibliogrficas y anexos. Estos son:

Captulo 1: Plantea el problema a desarrollar y las motivaciones de su eleccin e importancia. Se definen los

objetivos y la metodologa a seguir.

Captulo 2: Se realiza una exhaustiva y completa Revisin del estado del Arte, respecto de puentes protegidos

con amortiguamiento viscoso suplementario, separando la informacin en dos escenarios: Panorama Mundial y

Nacional.

Captulo 3: Caracteriza y describe los amortiguadores de fluidos viscosos (FVD) y su uso en puentes.

Captulo 4: Desarrolla la modelacin dinmica y la seleccin del Input Ssmico a utilizar en los anlisis. Los

eventos ssmicos sern de tipo artificial y real, bajo condiciones comparables de peligrosidad ssmica y tipo de

suelo.

Captulo 5: Se estudia la respuesta ssmica de los puentes seleccionados sin contemplar amortiguamiento

viscoso suplementario. Para ello se realizan los Anlisis, Esttico no lineal, Modal, mediante Espectro

Respuesta y Paso a Paso por el Mtodo de Integracin Directa.

Captulo 6: Se estudia la respuesta de los puentes co

Protección Sísmica de Puentes Tradicionales Chilenos usando FVD

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