7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
1/150
RESUMENEste trabajo esta orientado a revisar las normas ssmicas ms utilizadas para puentes continuos en el Per y sus mtodos de
anlisis. Se revisan principalmente: la norma AASHTO STANDARD, AASHTO LRFD, CALTRANS y la Norma Ssmica para Puentes de
Japn. Tambin, se discute la propuesta de norma para puentes del Ministerio de Transportes y Comunicaciones del Per y se revisa la
NTE E.030. Por otro lado, se revisan en forma referencial, normas ssmicas de puentes de Chile, Venezuela y Canad.
El objetivo principal es comparar las consideraciones ssmicas de estas normas para puentes continuos vehiculares, tales como los que seencuentran en vas expresas, puentes urbanos de carreteras tanto principales como secundarios, cuya superestructura est compuesta
por losas, vigas T, vigas cajn y/o tijerales; adecundolas a las condiciones usuales en el Per.
Para ello se compara los coeficientes de aceleracin (Z), clasificacin por importancia, coeficientes de sitio (S), coeficiente de
respuesta ssmica (Espectro de respuesta elstico), factores de reduccin de fuerza ssmica (R), desplazamientos de diseo y
combinaciones ortogonales de fuerza ssmica.
Se definen conceptos de regularidad de puentes y requerimientos mnimos de anlisis ssmico para puentes. Se describe en forma
detallada los mtodos de anlisis ssmicos elsticos. Tambin, se dan criterios acerca de juntas ssmicas, topes transversales ydirecciones actuantes de las fuerzas de inercia.
El trabajo se orient a proponer una Norma de Diseo Ssmico de Puentes en el Per y discutir la propuesta hecha por el Ministerio
de Transportes y Comunicaciones. Se presenta un ejemplo prctico, utilizando los mtodos de anlisis considerados.
Finalmente, se concluye que es conveniente utilizar la propuesta de norma de este estudio de investigacin, ya que se puede lograr un
buen comportamiento de los puentes ante eventos ssmicos.
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
2/150
ii
Agradec imientos
Agradezco a todos los Ingenieros docentes que me brindaron sus conocimientos en la Pontificia UniversidadCatlica del Per, durante los dos aos que permanec en la Maestra de Ingeniera Civil. Un agradecimiento muy especialal Mag. Daniel Roberto Quiun Wong, un amigo que me apoy en forma constante e incondicional, gracias por susconsejos, su tiempo y experiencia; sin su apoyo no podra haber culminado esta tesis.
Al profesor Shigeki Unjoh de la Public Works Research Institute de Japn por la informacin brindada en formadesinteresada; al profesor William Lobo Quintero de la Universidad de los Andes de Venezuela; al profesor Izuno de laUniversidad de Ritsumeikan; al profesor Denis Mitchell de la Universidad McGill de Canad y a los profesores RichardLand, y Michael Banbuor de la CALTRANS.
Con todo mi cario a Silvana Faride Ojeda Simborth por su apoyo y afecto a mi persona en el desenlace de este trabajo.A mis amigos Ingenieros Miriam Choquehuanca Condori, Marybel Alfrez Martnez, Karhell Alfrez Martnez JessVergara Ramrez, Julin Mejia Ziga, Rodwer Huancahuari Palomino, Fredy Perales Tovar, Manuel Monroy Concha,Efran Martnez Fabin, Joen Bazn Arbildo, Guido Molina, Nicola Tarque, Armando Arana Mostacero y Andrey
Aparicio Ventura.
Todo esto no pudo ser posible sin el apoyo de mi familia, mi madre la Sra. Mara Martnez Maraza, mi padre el Sr.Ignacio Acero Gmez y mi hermana Hilda Acero Martnez, a los que les agradezco por su comprensin y pacienciadurante todos estos aos.
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
3/150
3
INDICE
CAPITULO IINTRODUCCIN Y ANTECEDENTES
1.1.Antecedentes1.2.Objetivos3. Alcances y metas4. Propsito y filosofa sismorresistente
5. Revisin de los cdigos ssmicos para puentes
1681414
CAPTULO IIREQUERIMIENTOS GENERALES
1. Coeficiente de aceleracin 161. Norma sismorresistente E-030. 172. AASHTO STANDARD y AASHTO LRFD 193. Norma Japonesa 214. CALTRANS 215. Propuesta de Reglamento del MTC 226. Comentario. 22
2. Clasificacin por Importancia. 231. AASHTO STANDARD 232. AASHTO LRFD 233. Reglamento Japons 244. CALTRANS 245. Propuesta de Reglamento del MTC 256. Comentario 26
3. Efectos de sitio o coeficiente de sitio. 261. Norma Sismorresistente E-030 272. Cdigos AASHTO STANDARD y AASHTO LRFD 283. Reglamento Japons 284. Cdigo CALTRANS 295. Propuesta de Reglamento del MTC 296. Comentario 30
4. Coeficiente de Respuesta Ssmica Elstica(Espectro Elstico) 30
1. Norma Sismorresistente E-0302. Cdigo AASHTO STANDARD y AASHTO LRFD3. Reglamento Japons4. CALTRANS5. Propuesta de Reglamento del MTC6. Comparacin de espectros7. Comentario
33343538393943
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
4/150
4
5. Factor de Modificacin de Respuesta(R)1. Cdigo AASHTO STANDARD2. Cdigo AASHTO LRFD3. Reglamento Japons4. CALTRANS5. Propuesta de Reglamento del MTC6. Comentario
44444546464747
CAPTULO IIIREQUERIMIENTOS DE ANLISIS.
3.1.3.2.
Criterios de regularidad.Procedimientos de anlisis1.Mtodo simplificado o de carga uniforme(UL)2. Mtodo de Anlisis espectral unimodal(SM)3. Mtodo de Anlisis espectral multimodal(MM)4.Mtodo de Anlisis tiempo historia(TH) Requerimiento deanlisis de los cdigos estudiados5. Cdigo AASHTO STANDARD6. Cdigo AASHTO LRFD7. Cdigo Japons8. CALTRANS
4850505254565757585859
3.3.
3.3.5. Otros mtodos utilizados por los cdigos estudiados 60
CAPTULO IV REQUERIMIENTOS DE DISEO4.1.4.2.
Combinacin ortogonal de fuerzas ssmicasDesplazamientos de diseo1. AASHTO STANDARD2. AASHTO LRFD3. Cdigo Japons4. CALTRANSJuntas Ssmicas TopesTransversalesDirecciones actuantes de las fuerzas de inercia
616363656667696971
4.3.4.4.4.5.
CAPTULO VPROPUESTA DE NORMA PARA EL DISEO SSMICO DE PUENTES EN EL PER
5.1.5.2.5.3.5.4.5.5.
AlcancesPropsito y filosofa sismorresistente para puentesNomenclatura y notacionesDefiniciones Requerimientosgenerales1. Zonificac in Ssmica2. Aceleracin mxima del terreno
73737476787879
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
5/150
5
3.Clasificacin por importancia4. Efectos de sitio o coeficiente de sitio5. Coeficiente de Respuesta Ssmica Elstica6.Factor de Modificacin de Respuesta(R) Regularidadestructural de puentesMtodos de anlisis1.Mtodo Simplificado o de carga uniforme(MCU)
2. Mtodo de Anlisis espectral Unimodal(MEU)3. Mtodo de Anlisis espectral Multimodal(MEM)4.Mtodo de Anlisis tiempo-historia(MTH) Seleccin delmtodo de anlisisCriterios de combinacin para las fuerzas horizontales ortogonalesDesplazamientos de diseo JuntasSsmicas Topes TransversalesDirecciones actuantes de las fuerzas de inercia
80808182848585
88899292
5.6.5.7.
5.8.5.9.
9394969697
5.10.5.11.5.12.5.13.
CAPTULO VIAPLICACIN A UN CASO PRACTICO
6.1. Caractersticas geomtricas del puente1.Ubicacin poltica y geogrfica2. Topografa
3. Geologa4. Geotecnia5. Hidrologa y socavacin6. Peligro Ssmico7.Amplificacin Ssmica Caractersticasgeomtricas del puente8.Dimensionamiento de la superestructura9.Dimensionamiento de la subestructura Consideraciones tomadaspara el anlisis ssmico de un puente10. Zonif icacin ssmica11. Clasificacin por importancia12. Efectos de sitio
13. Regularidad del puente14. Eleccin y aplicacin del mtodo de anlisis15. Anlisis Espectral Unimodal (MEU)
100100101
102103103104107110110114
6.2.
6.3.115115115115116116116116
6.3.6.1.6.3.6.2.
Anlisis Computacional Determinacin delperiodo principal con el mtodo de valores propiosDeterminacin del periodo principal con mtodoaproximado
1186.3.6.3.
123124128129
7. Anlisis Espectral Multimodal (MEM)8. Anlisis Tiempo Historia (MTH)9. Comparacin de Resul tados
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
6/150
6
10. Fuerzas a considerar en los Pilares y los factores deModificacin de Respuesta (R) utilizados
11. Desplazamientos de diseo12. Juntas ssmicas
130131131
CAPTULO VIICOMPARACON DE LA PROPUESTA DE NORMA DEL M.T.C. Y LA DE ESTE TRABAJO
133
CAPTULO VIIICONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 136
Referencias Bibliogrficas 141
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
7/150
1
CAPTULO I
INTRODUCCIN Y ANTECEDENTES
1.1. Antecedentes
La sismicidad histrica del Per, nos muestra la ocurrencia de sismos destructivos
desde el siglo XVI hasta el presente, con un saldo muy grande de prdidas humanas
y materiales. Como se tiene la certeza, de que donde han ocurrido sismos pasados
ocurrirn movimientos de intensidad similar, obliga a tomar las medidas preventivas
pertinentes.
Entre las estructuras vulnerables se encuentran los puentes, como elementos
esenciales de comunicacin, los cuales deben permanecer en funcionamiento despus deun sismo.
Para ilustrar los efectos ssmicos sobre este tipo de estructuras, Pueden mencionarse las
fallas de puentes durante sismos pasados, como en el terremoto de Alaska del 27 de
Marzo de 1964 (Figura N 1.1), que derrumb 9 puentes y ocasion daos en otros
26; el fuerte sismo de Niigata (Japn) del 16 de Junio de 1964 (Figura N 1.2),
donde se experimentaron grandes movimientos de los pilares de varios puentes; el sismo
de San Fernando (California) del 9 de Febrero de 1971 (Figura N 1.3), que afect 62
puentes con un 25% de daos muy severos o ruina total; e igualmente se tuvieron daos
muy graves en puentes durante los terremotos de Guatemala (1976); Friuli, en Italia
(1976); Miyagi-Ken-Oki, en Japn (1978) y en los ltimos aos los terremotos de
Northridge (California) del 17 de Enero de 1994 (Figura N 1.4) y de Kobe (Japn) del
17 de Enero de 1995 (Figuras N 1.5 y 1.6).
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
8/150
Figura N 1.1. Colapso de p uente en la local id ad de Portag e. Sismo d e Alaska (27/03/1964).
Figura N 1.2. Colapso de puent e, debido a grand es desplazamientos.Sism o de Niigat a (16/06/1964).
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
9/150
Figura N 1.3. Colapso d e pu ente. Sismo de San Fernando (09/02/1971).
Figura N 1.4. Colapso de puente. Terremoto de No rthridg e (17/01/1994).
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
10/150
Figura N 1.5. Colapso de p uente. Terremoto de K obe (17/01/1995).
Figura N 1.6. Colapso de p uente. Terremoto de K obe (17/01/1995).
El Per tambin tuvo daos de puentes durante los sismos de Huaraz del 30 de Mayo de 1970 (Figura N 1.7); el sismo de Arequipa del 16 de
Febrero de 1979 (Figura N 1.8); el sismo de Nazca del 12 de Noviembre de 1996 (Figura N 1.9) y recientemente el sismo de Atico del 23 del Junio
del 2001 (Figura N 1.10).
4
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
11/150
Figu ra N 1.7. Dao en apo yo d e puen te. Puente Casm a. Terremo to de Hu araz
(31/05/1970).
Figu ra N 1.8. Dao en ap oyo de p uen te. Terremo to de A requ ipa (16/02/1979).
5
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
12/150
Figu ra N 1.9. Dao en sub estru ctu ra. Sism o d e Nazca (16/11/1996).
Figura N 1.10. Ladeo lateral perm anente de sup erestructura. Puente de la Punta d e
Bom bn. Sismo d e Atico (23/06/2001).
1.2. Objetivos
El objetivo principal de este trabajo es comparar las consideraciones ssmicas de los
reglamentos extranjeros para el anlisis ssmico y diseo estructural de puentes continuos
vehiculares, tales como los que se encuentran en vas expresas, puentes carreterostanto principales como secundarios, cuya superestructura est compuesta por losas,
vigas T, vigas cajn y/o tijerales; adecundolas a las condiciones usuales en el Per.
Finalmente, se presenta una propuesta de Norma de Diseo Ssmico para puentes y
la aplicacin a un caso prctico en el que se comparan diferentes mtodos de anlisis
ssmico.
6
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
13/150
7
Dentro de los objetivos especficos se encuentran:
- Revisar en forma detallada los cdigos AASHTO STANDARD[Ref. 1], AASHTO-LRFD[Ref. 2], CALTRANS[Ref. 3],
el Manual para Diseo Ssmico de puentes Japons[Ref. 4], la NTE E.030[Ref. 5], la Propuesta de Reglamento de Puentes de la
Direccin General de Caminos y Ferrocarriles del Ministerio de Transporte y Comunicaciones[Ref. 6].
- Asimismo, se revisan en forma referencial la Propuesta de Norma Ssmica de Puentes de Venezuela[Ref. 7], el Reglamento de
Diseo Ssmico de puentes de Chile[Ref. 8], el EUROCODE[Ref. 9], la FHWA[Ref. 10], el ATC-6[Ref. 26], el ACI 341.2R-97[Ref.
35], el ATC-32[Ref. 36] y el Reglamento Ssmico para puentes de Canad[Ref. 37].
- Analizar y comparar la clasificacin de los puentes de acuerdo a su importancia.
- Revisar y comparar los efectos de sitio de acuerdo a las condiciones del suelo.
- Comparar los espectros de respuesta de los diferentes cdigos [Ref. 1 @ 4] y de la norma NTE E.030[Ref. 5], realizando una
propuesta adecuada para la estructura de los puentes.
- Revisar y comparar los factores de modificacin de respuesta.- Desarrollar los mtodos de anlisis ssmico que proponen la mayora de normas o especificaciones para determinar las
fuerzas elsticas y desplazamientos en puentes.
- Comparar la combinacin de la respuesta ssmica en sus direcciones ortogonales.
- Determinar los requerimientos mnimos de ancho de apoyo para los puentes segn cada especificacin.
- Presentar una Propuesta de Norma para el Diseo Ssmico de Puentes en el Per.
- Exponer un ejemplo prctico de un puente continuo, aplicndole una propuesta de norma para el Per, y adicionalmente,
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
14/150
8
someterlo a registros peruanos en un programa de anlisis estructural.
- Comentar la influencia que tienen los sismos en el diseo de puentes continuos.
1.3. Alcances y metas
Mediante revisin de la bibliografa se determinarn los parmetros que considera cada norma, adecundolas a la realidad peruana; esto se harbasndonos en estudios ya realizados tales como: zonificacin ssmica, coeficientes de sitio y otros. Finalmente, se deber obtener un resumen
general que puede servir de gua para diseadores y para estudios subsecuentes que se realicen en puentes.
Las consideraciones que se determinarn sern aplicables para el anlisis y diseo de nuevos puentes rectos y para algunos puentes
curvos con limitaciones luego mencionadas. Estos puentes deben tener una longitud total no mayor que 150 m y su superestructura puede estar
compuesta por losas, vigas T, vigas cajn y/o tijerales. La limitacin de 150 m se debe a que la superestructura pierde rigidez al ser sensible a
oscilaciones inducidas por el sismo o viento. Los puentes colgantes, de voladizos sucesivos, de arco, no son contemplados por este estudio, por
tener especificaciones especiales.
Como se mencion anteriormente, el resultado final es redactar una gua bsica y til de anlisis y diseo ssmico para los puentes de los tipos
mencionados, plasmada en una propuesta de norma.
Los puentes a ser incluidos en la propuesta de norma sern puentes continuos que se encuentran en gran parte de la ciudad de Lima y en
otras ciudades del Per, tanto urbanos como rurales. En las figuras N 1.11 @ N 1.25, se muestran puentes sobre la Va Expresa (Paseo de la
Repblica) y de la Av. Javier Prado, en los que esta propuesta es aplicable.
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
15/150
Figura N 1.11. Puente con tinuo de con creto armado
de tres tramo s (Puente Javier Prado),
sob re la Va Exp resa.
Figura N 1.12. Puente con tinuo de con creto
arm ado d e tres tram os (Puen te And rs
Reyes), so bre la Va Exp resa.
Figu ra N 1.13. Pilares del Puent e An drs Rey es,
sob re la Va Expr esa. Se ob servauna secc in reduc ida en la base del
pi lar.
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
16/150
Figura N 1.14. Puente con tinuo de tres
tramos (Puente Canaval y Moreyra), sobre la
Va Ex pr esa.
Figura N 1.15. Vigas y conexio nes de
acero estructu ral del Puente Canaval y
Moreyra.
Figura N 1.16. Puente con tinuo curvo
Coronel Franc isco Bolognes i , sobre la
Av. Javier Prado.
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
17/150
Figura N 1.17. Puente contin uo curvo Co ronel Francisco B olog nesi, se observa
columnas en form a de V, con p oca r ig idez transversal .
Figura N 1.18. Subestruct ura del puente cu rvo Coro nel Francisco Bol ogn esi, se
muestra secc in cajn en apoyo interno.
Figura N 1.19. Puente con tinuo recto, sobre la Av . Javier Prado (Puente Circunvalacin).
11
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
18/150
Figura N 1.20. Puente Circunv alacin, se observ a colum nas en form a de V, con p oca
r ig idez transversal . Ex is ten d os puentes juntos.
Figura N 1.21. Puente Circ unvalacin, pareciera q ue n o t iene un a jun ta ssmic a
suf ic iente entre las dos superestruc turas.
Figura N 1.22. Puente cont inuo de dos tramos (Puente Av . Aviacin), sobre la Av.
Javier Prado.
12
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
19/150
Figura N 1.23. Puente contin uo de do s tramos (Puente Av . Guardia Civi l ) , sobre la Av.
Javier Prado.
Figura N 1.24. Puente co ntinu o de dos tramos (Puente Quiones), sobr e la Av . Javier
Prado.
Figu ra N 1.25. Pilares del Pu ente Qu ion es, sob re la Av. Jav ier Prado . Se ob serv a unaseccin redu cida en la base del pi lar, sim i lar al del puente An drs Reyes.
13
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
20/150
14
1.4. Propsito y filosofa sismorresistente para puentes
La filosofa sismorresistente de todos los cdigos extranjeros ya mencionados,
indican que los puentes deben:
- Resistir sismos menores dentro del rango elstico de los componentes
estructurales sin sufrir daos.- Resistir sismos moderados dentro del rango elstico con algn dao reparable.
- Resistir sismos severos sin llegar al colapso del conjunto o una parte del
puente; se aceptan daos, los cuales deben ser detectados fcilmente y
ocurrir en lugares accesibles para su inspeccin y reparacin.
- Se deben utilizar magnitudes realistas para el sismo de diseo.
Durante un sismo leve y moderado la estructura debe comportarse en el rango elstico, y
al actuar un sismo severo, debe poder incursionar en el rango no lineal o inelstico,
para lo cual debe tener la resistencia y ductilidad suficiente para disipar energa.
1.5. Revisin de los Cdigos Ssmicos para puentes
La norma actual sismorresistente NTE E.030 [Ref. 5], del Reglamento Nacional de
Construccin en el Per (2003) y las anteriores tambin (1997 y 1977), han sido
concebidas para edificaciones y no incluye a los puentes. Por lo tanto, en el Per se
utiliza una gran diversidad de cdigos ssmicos para puentes, cada cual adecuado a sus
condiciones.
Entre los ms utilizados en el Per [Ref. 32, 38 y 39] son: el AASHTO STANDARD
(1996), el AASHTO LRFD (1998), el CALTRANS (2001) y el
Manual para Diseo Ssmico de puentes Japons (1998 y 2002); en la ltima dcada
se considera tambin el reglamento de puentes neozelands y el
EUROCODE8 [Ref. 9], para poder evaluar el comportamiento ssmico de un
puente. Estas normas no pueden reflejar
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
21/150
15
adecuadamente el comportamiento ssmico estructural, ya que dichos cdigos estn elaborados para las condiciones del pas de origen.
El AASHTO STANDARD vigente, es del ao 1996 y su edicin es la 16va; sin embargo, la AASHTO STANDARD va a producir su ltima edicin, y de all para
adelante, slo publicar AASHTO LRFD(la norma vigente es de 1998 - 2da Edicin), en la cual existen algunas modificaciones en cuanto a las consideraciones
ssmicas. El CALTRANS es otro reglamento cuya ltima edicin fue en el 2001, vigente slo para el estado de California, el cual tiene algunas consideraciones ms
exigentes que los dos anteriores; fue ampliado y mejorado a causa del terremoto de Northridge(1994). Por ltimo, el Manual para Diseo Ssmico de puentes
Japons del ao 2002, presenta algunos cambios con respecto al de 1996, a raz del terremoto de Kobe-Japn(1995); este Manual contiene consideraciones importantes.
En el Per ltimamente ha sido publicada una propuesta de norma para puentes del Ministerio de Transportes y Comunicaciones[Ref. 6], en donde se incluye
consideraciones ssmicas. Si bien es cierto esta propuesta ha sido adaptada para las condiciones locales en una forma sucinta, es una trascripcin basada en el
reglamento AASHTO-LRFD, y que an falta mejorar; adems, esta propuesta no hace nfasis en los mtodos de anlisis ssmico.
Existen otros reglamentos que se han consultado entre ellos se tiene la Propuesta de Norma Ssmica de Puentes de Venezuela[Ref. 7], el Reglamento de Diseo
Ssmico de puentes de Chile[Ref. 8], estas dos normas han sido adaptadas de acuerdo al AASHTO STANDARD; otro cdigo es el EUROCODE8[Ref. 9], el cual toma
algunas consideraciones del Cdigo Japons[Ref. 4]; la FHWA[Ref. 10], el ATC-6[Ref. 26], el ACI 341.2R-97[Ref. 35] y el ATC-32[Ref. 36] toman las consideraciones del
AASHTO STANDARD; finalmente, el Reglamento Ssmico para puentes de Canad[Ref. 37], es un reglamento adaptado del AASHTO-LRFD.
CAPTULO II
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
22/150
CAPTULO II
REQUERIMIENTOS GENERALES
En este captulo se examinan los coeficientes de aceleracin, la clasificacin por importancia, los efectos de sitio, los coeficientes de
respuesta elstica(Espectros Elsticos de Respuesta) y los factores de modificacin de respuesta, que se describen en las normas peruana y
extranjeras, adems de tomar consideraciones importantes de otros reglamentos extranjeros a ser considerados [Ref. 7,8,9 y 37].
2.1. Coeficientes de Aceleracin
El coeficiente de aceleracin se determina realizando un anlisis de peligro ssmico, aplicando la metodologa desarrollada por Cornell [Ref. 17] en trminos
probabilsticos. Esta metodologa integra informacin sismotectnica, parmetros sismolgicos y leyes de atenuacin regionales para los diferentes
mecanismos de ruptura [Ref. 18]. El resultado es una curva de peligro ssmico, donde se relaciona la aceleracin y su probabilidad anual de excedencia
[Ref. 19], como lo muestra la figura N 2.1.
Figu ra N 2.1. Curv as de p eligro ssm ico y Prob abilid ad anu al vs. Vid a til
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
23/150
17
Las normas evaluadas exigen que se realicen estudios especiales del coeficiente de aceleracin, cuando:
En el lugar donde se localizar el puente existe una falla activa cercana, o cuando las condiciones geolgicas y geotcnicas no sean las ms favorables. La zona
es de a lta sismicidad, con duracin.
La importancia del puente requiere exposicin o vida til mayor.
sismos de larga
un periodo de
La normas consultadas consideran un tiempo de exposicin de la estructura de
50 aos, para una probabilidad de excedencia de 10%, que equivale a un periodo de
retorno de 475 aos, esto para puentes no principales; para puentes y viaductos de
carreteras principales se considera un tiempo de exposicin de la estructura de 100
aos, para una probabilidad de excedencia de 10%, que equivale a un periodo de
retorno de 950 aos. La excepcin es el cdigo CALTRANS que considera paraun anlisis determinstico, el sismo mximo creble; y para un anlisis probabilstica,
evala para 1000 a 2000 aos de periodo de retorno.
2.1.1. Norma Sismorresistente E.030
La norma sismorresistente E.030, estipula 3 zonas ssmicas en el Per, tal como
se puede observar en la Tabla N 2.1 y la Figura N 2.2.
Tabla N 2.1. Zonas Ssm icas (Norm a E.030)ZONA COEFICIENTE DE ACELERACIN(A=Z)
3 0.4
2 0.3
1 0.15
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
24/150
Figu ra N 2.2. Mapa d e Zon ificac in ssm ica
Alternativamente se puede utilizar los coeficientes de aceleracin del mapa de distribucin de isoaceleraciones para un 10% de excedencia en 50
aos, realizado por Alva y Castillo [Ref. 18], ver figura N 2.3. Estos autores utilizaron dos leyes de atenuacin de aceleraciones: la primera es la
propuesta por Casaverde y Vargas [Ref. 22] y ha sido empleada para las fuentes asociadas al mecanismo de subduccin; la segunda ley de
atenuacin de aceleraciones utilizada es la propuesta por McGuire[Ref. 23], para la Costa Oeste de los Estados Unidos y ha sido empleada para las
fuentes asociadas a sismos continentales o corticales.
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
25/150
Figura N 2.3. Mapa de distr ib ucin de Isoaceleraciones prop uesto po r Alva-
Casti l lo(1993)
2.1.2. AASHTO STANDARD y AASHTO LRFD
Contempla una distribucin de isoaceleraciones en porcentaje de aceleracin de
la gravedad, teniendo valores desde 0.8g hasta 0.05g (ver Figura N 2.4), esto
indica una gran diversidad de coeficientes de aceleracin.
19
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
26/150
Las zonas de comportamiento ssmico segn la clasifican
en cuatro (Tabla N 2.2), para poder mtodo de anlisis,
la longitud de apoyo del resistencia de las conexiones.
AASHTO, se
determinar el
puente y la
Tabla N 2.2.Zonas ssm icas(A ASHTO STANDA RD y A ASHTO LRDF)
Estos valores obviamente han sido evaluados para las condiciones
locales de los EEUU, y no pueden ser aplicados en el Per.
Figura N 2.4. Mapa de dist r ibuci n de Coeficien tes de Aceleracin horizon tal en %
de g, seg n AA SHTO y AASHTO LRFD (1994)
20
ZONA COEFICIENTE DE ACELERACIN(A=Z)
1 A0.09
2 0.09
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
27/150
2.1.3. Norma Japonesa
Las especificaciones japonesas tambin tienen sus propios coeficientes de
aceleracin, los cuales no son aplicables en el Per. Esta norma considera
un factor de modificacin de zona, tomando valores de CZ=1.00, 0.85 y 0.70
y limitndolos con constantes de aceleracin de respuesta (ver figura N 2.5).
Figu ra N 2.5. Mapa de pelig ro ssm ico (Mxim a aceleraci n del su elo 5% d e pro bab ilid ad
de exced enci a en 100 aos - 2001).
2.1.4. CALTRANS
La CALTRANS es un reglamento para el estado de California de EEUU y tiene
sus propios coeficientes de aceleracin, ajenos a los que nosotros contamos en el
Per. Los valores de CALTRANS se encuentran en un rango de 0.7g a 0.1g, y
se basan en un mtodo determinstico para terremotos mximos crebles,
evaluando magnitudes Ms de sismo de 6.5, 7.25 y 8, con una variabilidad de
0.25.
21
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
28/150
22
5. Propuesta de Reglamento del MTC
La Propuesta de Reglamento de Puentes de la Direccin General de Caminos
y Ferrocarriles del Ministerio de Transportes y Comunicaciones [Ref. 6],
indica que se debe utilizar el mapa de distribucin de isoaceleraciones para un
10% de excedencia en 50 aos, realizado por Alva y Castillo. De acuerdo a
esto, define cuatro zonas de comportamiento ssmico iguales a los de la Tabla N
2.2.
6. Comentario
Los cdigos extranjeros ofrecen una gran dispersin de coeficientes
de aceleracin en sus mapas de acuerdo a sus realidades, mientras tanto
en el Per se consideran tres zonas en la norma sismorresistente E.030. Al
parecer, es ms detallado el estudio realizado por Alva y Castillo [Ref. 18],con su mapa de distribucin de isoaceleraciones, para una probabilidad de
10% de excedencia en 50 aos de vida til(Figura N 2.3)
Por otro lado, la Propuesta de Reglamento de Puentes para el Per [Ref. 6],
contempla cuatro zonas de comportamiento ssmico igual a la de la AASHTO y
AASHTO LRFD, pero la Norma E.030 contempla tres, es por ello que se tiene
que compatibilizar de acuerdo a la sismicidad regional. Esto se realizar al final
de este trabajo, proponiendo un Reglamento de Diseo Ssmico de
Puentes para el Per.
Hay que hacer notar que se debe realizar estudios de peligro ssmico local
cuando las condiciones geolgicas y geotcnicas sean desfavorables y utilizar
leyes de atenuacin adecuadas de acuerdo a la sismicidad regional. Esto lo
indican todas las normas consultadas.
2. Clasificacin por importancia
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
29/150
23
Las rutas de transporte a hospitales, departamentos de bomberos, centros de comunicacin, plantas de agua, instalaciones elctricas, centros de
comunicacin, instalaciones de energa, instalaciones militares, aeropuertos importantes, etc., deben tener una comunicacin continua, de aqu nace la
definicin de clasificacin por importancia de un puente, para la cual el puente debe estar en condiciones de servicio despus de ocurrido un evento ssmico.
Tambin se clasifican los puentes con el fin de establecer los procedimientos mnimos de anlisis, as como para determinar los coeficientes
de modificacin de respuesta
1. AASHTO STANDARD
Segn la norma AASHTO-96, se definen 2 grupos de importancia segn la tabla N 2.3.
Tabla N 2.3. Clasi f icacin por imp ortancia segn AASHTO STANDARD
2.2.2. AASHTO LRFD
La norma AASHTO LRFD-98 considera tres categoras de importancia, tal como se muestra en la tabla N 2.4.
TIPO DE PUENTE IMPORTANCIA
Puentes esenciales: puentes rurales y
urbanos de carreteras troncales, vas
urbanas y accesos a obras de importancia,
como hidrulicas, etc.
IC-I
Otros puentes IC-II
Tabla N 2.4. Clasi f icacin por imp ortancia segn AASHTO LRFD
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
30/150
24
2.2.3. Reglamento Japons
Considera dos tipos de puentes de acuerdo a la importancia: ordinarios (Clase A) e importantes (Clase B), ver Tabla N 2.5. El Manual
de Diseo Ssmico para puentes de Japn considera criterios basados en desempeo ssmico.
Tabla N 2.5. Clasificac in de imp ort anci a segn Reg lamen to J apo ns
2.2.4. CALTRANS
Todos los puentes sern clasificados como Importantes u Ordinarios, de acuerdo a la clasificacin de la tabla N 2.6.
Esta tabla se basa en la seguridad, nivel de servicio y reparabilidad del puente.
Categoras de Importancia Descripcin
Puentes crticos Deben permanecer abiertos para todo tipo de trfico despus de un sismo de diseo (475aos de periodo de retorno), y abierto para el paso de vehculos de emergencia despusde un sismo mximo probable (2500 aos de periodo de retorno).
Puentes esenciales Deben permanecer abiertos para el paso de vehculos de emergencia despus de unsismo de diseo (475 aos de periodo de retorno).
Otros puentes Pueden ser cerrados para reparacin despus de un sismo mximo probable (2500 aos deperiodo de retorno).
Clase de Puente Tipos de puentes incluidos
Clase A Otros puentes que no clasifican como Clase B.
Clase B -Puentes de autopistas urbanas y de carreteras nacionales.-Doble paso o paso doble, viaductos que son importantes.
Tabla N 2.6. Clasific acin po r im por tancia segn CALTRANS
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
31/150
2.2.5. Propuesta de Reglamento del MTC
Los puentes se clasifican en tres categoras de importancia, segn la Tabla N 2.7.Tabla N 2.7. Clasif icacin po r imp ortanc ia segn Prop uesta del Reglam ento d el MTC-Per
Categoras de Importancia Descripcin
Puentes importantes - Requiere proveer seguridad de vida post-sismo y facilidades de acceso de emergencia.- Debe permitir una rpida restauracin post-sismo para evitar mayores impactos econmicos.- Debe encontrarse dentro de un plan de emergencia local.
Puentes ordinarios
Notienenlas
caracterstic
a
sdepuente
s
importantes
Standard Si no tiene las caractersticas del No Standard.
No Standard -Irregularidad geomtrica (niveles de superestructuras mltiples,anchos variables con bifurcacin de superestructuras,significante curvatura en el plano y ngulo de esviaje alto en apoyo).-Inusual configuracin estructural (desbalance de masas ycambios de rigidez, diferentes tipos de superestructura).-Condiciones geolgicas inusuales (suelos blandos, potencial delicuacin y proximidad a una falla ssmica).
Categoras de Importancia Descripcin
Puentes crticos Deben permanecer operativos luego de la ocurrencia de un gran sismo que supereal sismo de diseo, y permitir en forma inmediata el paso de vehculos de emergencia y deseguridad o defensa.
Puentes esenciales Deben quedar en condiciones operativas despus de la ocurrencia del sismo dediseo, a fin de permitir el paso de vehculos de emergencia y de seguridad o defensa.
Otros puentes Pueden ser cerrados para reparacin.
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
32/150
26
2.2.6. Comentario
De todos los reglamentos, al parecer el ms completo y detallado en este aspecto es el reglamento de la AASHTO-LRFD. En el Captulo V de este trabajo se
propone una clasificacin por importancia, basado en los cdigos estudiados.
El AASHTO STANDARD, el AASHTO LRFD, considera niveles de desempeo ssmico para sismos de diseo y para un sismo mximo probable. Mientras tanto, el
Manual de Diseo Ssmico para Puentes de Japn, y el CALTRANS, consideran una evaluacin funcional para sismos con mayor probabilidad de ocurrenciay una evaluacin de seguridad para sismos destructivos menos probables.
Todos los cdigos estudiados consideran de alguna forma dos estados lmites: para sismos menores, un estado lmite de funcionalidad y para sismos fuertes, un
estado lmite de seguridad [Ref. 15, 40 y 41].
2.3. Efectos de sitio o coeficiente de sitio
La aceleracin esperada en la base rocosa se modifica al pasar por los estratos de suelo, por lo que las condiciones locales del suelo tienen clara relacin con los
daos ocasionados por sismos. Por ello, el suelo que suprayace bajo el sitio del puente debe ser investigado, para evaluar su potencial de amplificacin de las ondas
ssmicas desde la base rocosa hasta la superficie. En la figura N 2.6 se muestra un depsito de suelo con diversas capas, alturas de cada capa, densidades naturales,
velocidades de onda de corte, mdulos cortantes y relaciones de amortiguamiento, que hay que ingresar a un programa de cmputo para evaluar el efecto de
amplificacin de sitio [Ref. 19, 24, 45 y 46].
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
33/150
Figura N 2.6. Profund idades y velo cidades de c orte hasta el sem i- espacio.
Para ello, se puede utilizar los programas Shake [Ref. 45] de la Universidad de
Berkeley o el programa EERA de la Universidad del Sur de California [Ref. 46]. Estos
programas calculan la deformacin del suelo y luego la respuesta en la superficie
mediante iteraciones; ambos programas son del tipo unidimensional. Los resultados que
se obtienen son la amplificacin con respecto a la roca y el periodo del suelo.
2.3.1. Norma Sismorresistente E.030
La norma sismorresistente E.030, considera 4 tipos de suelo, mostrados en la
tabla N 2.8.
Tabla N 2.8. Coeficiente de sit i o o d e suelo d e la norm a E.030
27
* Valores a ser determinados por el especialista.
Tipo de perfil de
suelo
Descripcin Tp
(seg.)
Coeficiente de
Sitio(S)
S1 - Roca o suelos muy rgidos
con velocidades de onda de corte altas.
0.4 1.0
S2 - Suelos intermedios, con caractersticas intermedias
entre las de S1 y S3.
0.6 1.2
S3 - Suelos flexibles o con estratos de gran espesor. 0.9 1.4
S4 - Suelos excepcionalmente flexibles y sitios donde las
condiciones geolgicas y / o topogrficas sean
particularmente desfavorables.
* *
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
34/150
28
2.3.2. Cdigos AASHTO STANDARD y AASHTO LRFD
Los cdigos AASHTO-96 y AASHTO LRFD consideran cuatro tipos de suelo tal
como lo muestra la tabla N 2.9.
Tabla N 2.9. Coeficiente de si t io de lo s cdigo s AASHTO STANDARD y AA SHTO LRFD
2.3.3. Reglamento Japons
El Manual de Diseo Ssmico para Puentes de Japn clasifica los suelos en tres
grupos con sus respectivas descripciones y periodos, tal como se muestra en la
Tabla N 2.10.
Tabla N 2.10. Clasi f icacin por co ndicin de su elo de la norm a Japonesa
Tipo de perfil de
suelo
Descripcin Coeficiente de
Sitio(S)
I -Roca de cualquier caracterstica (velocidad de onda de corte 760 m/s).
-Condiciones de suelo rgido donde la profundidad del suelo es menor a
60 m. y los tipos de suelo sobre la roca son depsitos estables de
arenas, gravas o arcillas rgidas.
1.0
II - Es un perfil compuesto de arcilla rgida o estratos profundos de suelos
no cohesivos donde la altura del suelo excede los 60 m. y los suelos
sobre la roca son depsitos estables de arenas, gravas o
arcillas rgidas.
1.2
III
- Es un perfil con arcillas blandas o medianamente rgidas y arenas,caracterizado por 9.00 m. o ms de arcillas blandas o medianamente
rgidas con o sin capas intermedias de arena o de
otros suelos cohesivos
1.5
IV - Es un perfil con arcillas blandas o sedimentos grandes con ms
de 12 m de grosor de estrato.
2.0
Grupo de
suelo
Descripcin Periodo
(seg.)
Grupo I Roca o deposito de suelo poco profundo TG
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
35/150
29
2.3.4. Cdigo CALTRANS
El CALTRANS considera 5 tipos de suelo, mostrados en la Tabla N 2.11.
Adems, indica que se debe realizar una evaluacin especfica de sitio
cuando se trata de:
- Suelos vulnerables a una falla potencial o colapso bajo carga ssmica,
licuacin de suelos, o arcillas altamente sensibles.
- Turbas y arcillas orgnicas de ms de 3 m de espesor.
- Arcillas de muy alta plasticidad con espesores mayores a 8 m.
- Capas de arcilla medianamente blandas con espesores mayores a 36
m.
Tabla N 2.11. Tipos d e Suelos d el Cdigo CALTRANS
2.3.5. Propuesta de Reglamento del MTC
La Propuesta de Reglamento de Puentes de la Direccin General de Caminos y
Ferrocarriles del MTC [Ref. 6], presenta los mismos coeficientes de sitio de la
AASHTO LRFD de la Tabla N 2.9.
Tipo de perfil de suelo Descripcin del perfil de suelo
A Roca dura, con velocidades de onda Vs>1500m/sB Roca, con velocidades de onda de
corte 760m/s
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
36/150
2.3.6. Comentario
Los efectos de sitio son bastante detallados para todos los reglamentos,
con la diferencia que la norma sismorresistente peruana E.030, contiene
periodos de vibracin del suelo, valor que se utiliza para evaluar el
espectro de respuesta. En el reglamento AASHTO no se utiliza el periodo
de vibracin del suelo. Los coeficientes de sitio en los diferentes cdigos son
muy similares, aunque presentan valores mayores que la Norma E.030 para
suelos de condiciones difciles. El reglamento Japons considera un periodo
de suelo bajo cuando se trata de roca.
Finalmente, vale la pena tomar en cuenta las recomendaciones para una
evaluacin especfica de sitio dadas por la CALTRANS.2.4. Coeficiente de Respuesta Ssmica Elstica(Espectro Elstico)
Viene dado en las Bases para el Diseo de Estructuras ante acciones Ssmicas [Ref.20]. El espectro de respuesta normalizado puede ser interpretado como una
aceleracin espectral normalizada por la aceleracin mxima del suelo para un fin de
diseo.
Este espectro puede ser de la forma:kR=1
Interpolacin Lineal kR=
kRo
para
para
para
T=0
0
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
37/150
de la estructura. Para una estructura con una relacin de
amortiguamiento de 0.05 sobre un suelo de calidad promedio, kRo puede ser
tomado como 2 a 3, para el caso del Per se considera un promedio de 2.5.
T es el periodo natural de la estructura.
Tc y Tc son los periodos extremos relacionados por las condiciones de
suelo, tal como lo ilustra la Figura N 2.7.
es un exponente que puede variar entre 1/3 y 1. En caso de =1, como es
el caso de la Norma E.030, la respuesta de la velocidad llega a ser
constante para T>Tc. Por consiguiente, el valor Tc est estrechamente
relacionado a la respuesta de la velocidad, tal como lo muestra la Figura N
2.8.
Figu ra N 2.7. Espectr o de Resp uest a de Diseo no rma lizado .
Tc, Tc y son dependientes de la Tectnica de la regin y las condiciones
geolgicas. Segn la referencia 20, Tc puede ser tomado como 1/5 a 1/2 de T c. Por
ejemplo, para movimientos horizontales, Tc puede ser tomado como:
31
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
38/150
- 0.3 a 0.5 para condiciones de suelo duro.
- 0.5 a 0.8 para condiciones de suelo intermedio.
- 0.8 a 1.2 para condiciones de suelo suave o suelto.
Se puede notar que estos valores estn dentro del rango de la norma
E.030 [Ref. 5].
ESPECTRO DE VELOCIDADES ESPECTRALES120.00
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00
0.000.00 0.50 1.00 1.50
Periodo(segundos)
2.00 2.50 3.00
V(cm/s
)
Figura N 2.8. Espectros d e Respuesta de velo cidad de 6 Registros Peruano s, los
registros fueron escalado s a 0.4g.
La Figura N 2.7 indica que kR es la unidad para T=0 y luego hay un incremento lineal
hasta kRo para T= Tc. Sin embargo, se recomienda [Ref. 20] usar kR= kRo para
0
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
39/150
2.4.1. Norma Sismorresistente E.030
Las indicaciones de la NTE E.030 sobre la fuerza basal elstica, se adaptarn
a puentes; para ello, se emplea la ecuacin (2.5).
V=ZUCSP (2.5)
Donde:
Z= factor de zona. Ver Tabla N 2.1. U= factor deuso = 1.
S= factor de suelo o sitio. Ver Tabla N 2.8.
C= coeficiente ssmico, dado por la ecuacin (2.6).
Tp= periodo que define la plataforma del espectro para cada tipo de suelo.
Ver Tabla N 2.8.
T= periodo fundamental de la estructura.
P= peso de la superestructura y subestructura contribuyente, debido a peso
propio, sin considerar sobrecarga.C=2.5 2.5
T
Tp (2.6)
En donde el espectro elstico de respuesta est definido por la ecuacin (2.7),y mostrado en la figura N 2.9, para la zona 3.
Sa =ZUCSg (2.7)
Donde:
Sa= pseudoaceleracin espectral. g=
aceleracin de la gravedad.Espectro de la norma E-030
1.60
0.60
0.40
0.20
0.00
0.80
1.00
1.20
1.40
0 0.5 1 1.5
Periodo(s)
2 2.5 3
Sa(g
)
Z=0.4,S1
Z=0.4,S2
Z=0.4,S3
Figu ra N 2.9.Espectro s Elstic os d e Acel eracin , para Z=0.4 y S1,S2 y S3.
33
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
40/150
2.4.2. Cdigo AASHTO STANDARD y AASHTO LRFD
El coeficiente de respuesta ssmica elstica Csm, para el m-simo modo de
vibracin debe ser evaluado por la ecuacin (2.8):
C =1.2 A S2.5 A
T2 / 3sm (2.8)
Donde:
Csm : mxima aceleracin horizontal expresada como una fraccin de la
gravedad, para el m-simo modo de vibracin (ver Figura N 2.10).
A=Z: coeficiente de aceleracin, expresada en fraccin de la gravedad.
S: coeficiente adimensional o coeficiente de sitio que expresa las
caractersticas del perfil del suelo.
T: periodo de vibracin correspondiente al modo m, en segundos.
Coeficiente de Respuesta Ssmica Elstica Csm de la AASHTOSTANDARD y AASHTO LRFD
1.20
0.60
0.40
0.20
0.00
0.80
1.00
0 0.5 1 1.5
Periodo(s)
2 2.5 3
Csm
(
g)
Z=0.40,S1
Z=0.40,S2
Z=0.40,S3
Z=0.40,S4
Fig. N 2.10. Espectr os Elstic os d e Acel eracin, par a Z=0.4 y S1 @ S4
Para perfiles de suelo tipo III, IV, en zonas donde A0.3,el espectro est
definido por la ecuacin (2.9) (ver Figura N 2.10).
34
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
41/150
=1.2 AS2.0 A
T2 / 3Csm (2.9)
Para perfiles de suelo tipo III, IV, para otros modos de vibracin diferentes al
fundamental y cuyo periodo de vibracin es menor de
0.3 segundos, el valor de Csm se puede obtener de la ecuacin (2.10).
Csm =A(0.8+4T) , T4.0 segundos, el valor de Csm est dado por la ecuacin (2.11).
T4 / 3C =
3.A.S, T> 4.00 segundoss (2.11)
2.4.3. Reglamento Japons
El reglamento Japons considera dos niveles de Diseo de movimiento
ssmico [Ref. 4, 11, 15, 16, 25 y 27]:
-Nivel I: describe un movimiento ssmico que ocurrir durante el periodo de
servicio del puente. Esto es evaluado con las ecuaciones (2.12) y (2.13),
los valores de So se muestran en la Tabla N 2.12 y la respuesta se observa
en la figura N 2.12.S=CZCD So (2.12)
(2.13)
35
+0.540+1
1.5C =D
Donde:
CZ= factor zona(=1.00,0.85,0.75)
CD= factor de modificacin por relacin de amortiguamiento
Tabla N 2.12. Respuesta Esp ectral estructu ral (Evaluacin func ional)
Condicin de Aceleracin Espectral So(cm/s2) y periodo natural(s) NIVEL I
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
42/150
0
0.05
0.1
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15 Nivel I-Grupo 1
Nivel I-Grupo 2 Nivel
I-Grupo 3
0 0.5 1 1.5 2
Periodo Natural(s)
2.5 3Respues
tade
Ace
lerac
in
Espec
tra
l(g
)
Figura N 2.12. Respuest a de Aceleracin Es pectral del Manual J apons, para el ni vel I (Evaluacin Func ional).
-Nivel II: describe un movimiento ssmico destructivo menos probable que puede ocurrir en el periodo de servicio del puente.
Este Nivel contiene dos tipos de movimientos: el Tipo I, es caracterizado por amplitudes grandes y gran nmero de ciclos y el Tipo II,
tiene duraciones cortas y gran fuerza destructiva. Estos son evaluados con las ecuaciones (2.13), (2.14) y (2.15); los valores de
SIO y SIIO se muestran en la Tabla N 2.13 y las respuestas se observan en las figuras N 2.13 y 2.14.
36
SI =CZCD SIO
SII =CZCD SIIO
(2.14)
(2.15)
suelo
Grupo I T
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
43/150
Donde SIO y SIIO son el espectro de respuesta de aceleraciones del movimiento
ssmico Tipo I y Tipo II, respectivamente.
Tabla N 2.13. Respuesta Espectral estr uctural , para el nivel II (Evaluacin de segurid ad).
Movimiento de suelo Tipo I
Tabla N 2.14. Respuesta Espectral estr uctural , para el nivel II (Evaluacin de s eguridad ).
Movimiento de suelo Tipo I I
0
0.2
0.4
Nivel II-Grupo 2
Nivel II-Grupo 3
1.2
1
0.8
0.6
Nivel II-Grupo 1
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Periodo Natural(s)
Figu ra N 2.13. Respues ta de Acel eracin Es pect ral del Man ual J apo ns, para el n ivel II-
Tipo I (Evaluacin de Segurid ad)
37
Respues
tade
Ace
lerac
in
Espec
tra
l(g
)
Condicin de
suelo
Aceleracin Espectral So(cm/s2) y periodo natural(s)
NIVEL II
Grupo I0T1.
4
SIO=700
1.4
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
44/150
1
0.5
0
1.5
2
2.5
0 0.5 1 1.5 2
Periodo Natural(s)
2.5 3
Respu
es
tade
Ace
lerac
in
Espec
tra
l(g
)
Nivel II-Grupo 1
Nivel II-Grupo 2
Nivel II-Grupo 3
Figu ra N 2.14. Respues ta de Acel eracin Es pect ral del Man ual J apo ns, para el n ivel II-
Tipo II (Evaluacin de Seguridad)
2.4.4. CALTRANS
Trabaja con curvas ARS (Accelerations Response Spectrum, expresados en
g), las cuales son proporcionadas en figuras, dependiendo de una
aceleracin mxima(0.1g a 0.7g), condiciones de suelo(perfil de suelo
tipo B, C, D y E) y magnitudes de sismos(6.50.25, 7.250.25 y 80.25), tal
como se muestra en la Figura N 2.11, para un tipo de suelo y magnitud
especifica.
Figura N 2.11. Curvas de resp uesta espectral CALTRANS, para un p erfi l de suelo tipo B
(roca) ymagnitud 6.50.25.
38
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
45/150
39
5. Propuesta de Reglamento del MTC
La Propuesta de Reglamento de Puentes de la Direccin General de Caminos y
Ferrocarriles del MTC [Ref. 6], presenta como espectro de respuesta elstico
el de la AASHTO LRFD, descrito en el acpite 2.4.2. de este estudio.
6. Comparacin de espectros
A continuacin se realiza una comparacin de respuestas de aceleracin
lineal entre los cdigos Japons, AASHTO STANDARD - LRFD,
CALTRANS y la NTE E.030, stas fueron realizadas de acuerdo a las
siguientes suposiciones:
o Comparar respuestas de aceleracin lineal con una relacin de
amortiguamiento del 5%.o Considerar un suelo tipo duro: Para el reglamento Japons Grupo de
suelo I; para AASHTO STANDARD y LRFD, tipo de perfil de suelo I;
para CALTRANS, tipo de suelo B; y para la NTE E.030, tipo de perfil de
suelo S1.
o Se considera una aceleracin de suelo a=0.4g, para AASHTO
STANDARD - LRFD y NTE E.030, para el
reglamento Japons se considera un Nivel II-Tipo I (Ec. 2.14) y para
CALTRANS se considera a=0.4g para una
magnitud 6.50.25. La figura 2.15 muestra los 4 espectros de
Pseudoaceleracin.
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
46/150
Comparacin de Espectros Elsticos(5 % deamortiguamiento)
1.2
0.6
0.4
0.2
0
0.8
1
0 0.5 1 1.5Periodo(s)
2 2.5 3
Sa(g
)
Japones Nivel II-Tipo I AASHTO
STANDARD y LRFD CALTRANS
NTE E-030
Figura N 2.15. Comp aracin de Espectro s de Pseu doaceleracin(5% de
amort iguamiento) .
Como se muestra en la Figura N 2.15, los espectros de
pseudoaceleracin de la Norma NTE E.030, AASHTO STANDARD y
LRFD son muy similares, para periodos bajos se tienen valores de
pseudoaceleracin iguales, mientras que para valores de periodos altos, el
AASHTO presenta valores de
40
pseudoaceleracin
CALTRANS, ste
mencionados, con
mayores. En cuanto al espectro de la tiene
la forma de los espectros antes la
salvedad que para periodos bajos lapseudoaceleracin es menor. Finalmente, el Manual Japons no es adecuado
compararlo ya que no tiene semejanza con los antes mencionados.
A continuacin se compararn los espectros de aceleracin de 6 registros
peruanos con las normas NTE E.030, la AASHTO STANDARD y LRFD,
para Z=0.4 y S=1 y Tp=0.4 (Ver Figura N 2.16)
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
47/150
COEFICIENTE DE RESP UESTA SISMICA ELASTICA-ESPECTRO ELASTICO DEACELERACIONES
1.60
AASHTO STANDARD y LRFD0.60
0.40
0.20
0.00
0.80
1.00
1.20
1.40
0.00 0.50 1.00 1.5 0
Periodo(segundos)
2.00 2.50 3.00
Sa
(g
)
17-Oct-66-N82O
17-Oct-66-N08E
31-May-70-N82O
31-May-70-N08E
03-Oct-74-N82O03-Oct-74-N08ENTE E.030
Figura N 2.16. Comp aracin de 6 registros p eruanos c on la NTE E.030 AASHTO STANDARD y LRFD (5% de amo rtiguam iento).
Se puede observar en la figura N 2.16, que es ms adecuado utilizar el espectro de la norma E.030 que el de la AASHTO. Es necesario hacer
nfasis en esto, debido a que la Propuesta de norma para Puentes [Ref. 6], recomienda utilizar el espectro de la AASHTO.
A continuacin se compara el espectro de desplazamientos para 6 registros peruanos con las normas NTE E.030, la AASHTO
STANDARD y LRFD, para Z=0.4, S=1 y Tp=0.4.
normalizado de desplazamientos se obtiene con (2.16) y se
muestra en la Figura N 2.17.
El espectro la
ecuacin
D =Sd=Sa
2
41
(2.16)
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
48/150
ESPECTRO DE DESPLAZAMIENTOS ESPECTRALES
20.00
8.00
6.00
4.00
2.00
0.00
10.00
12.00
14.00
16.00
18.00 17-Oct-66-N82O17-Oct-66-N08E31-May-70-N82O 31-May-70-N08E03-Oct-74-N82O03-Oct-74-N08E E-030(2003)AASHTO STANDARD-LRFD
0.00 0.20 0.40 0.60
Periodo(segundos)
0.80 1.00 1.20
D(cm)
Figura N 2.17. Comp aracin de espectros de desp lazamiento de 6 registros p eruanos co nla NTE E.030, AASHTO STANDARD LRFD (5% de amortig uamien to).
42
Este resultado corrobora la idea de no utilizar el espectro de la AASHTO STANDARD-
LRFD, ya que para periodos de estructuras mayores de 0.8 seg., se tendran
desplazamientos mayores que la NTE E.030.
Un estudio de comparacin de normas ssmicas para puentes realizado por Kawashima
[Ref. 15], es mostrado en la figura N 2.18, donde compara los coeficientes
ssmicos de los diversos cdigos. Estos resultados fueron calculados para una
aceleracin de 0.8g, y para un suelo duro.
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
49/150
Figura N 2.18. Comp aracin de Coefic ientes Ssmic o de las div ersas norm as para
puentes (5% de amortigu amiento ) [Ref. 15].
2.4.7. Comentario
La norma actual E.030, muestra una representacin bien aproximada de
los 6 espectros obtenidos, mientras que utilizar el espectro de la AASHTO, es ms
conservador para periodos altos, no reflejando el comportamiento ssmico local.
Mientras tanto, el reglamento Japons no es adecuado utilizarlo en el Per, por
sus bajos valores de Pseudoaceleracin para un Nivel II -Tipo I, mientras
que tiene aceleraciones mayores que la norma E.030 para un Nivel II -Tipo II,
este nivel no va acorde con la sismicidad local. En cuanto al CALTRANS podra
utilizarse, pero para valores de periodo bajos se obtendra valores de aceleracininferiores a los de la NTE E.030. En el capitulo V de este estudio, se presenta una
propuesta final basada en la NTE E.030.
43
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
50/150
2.5. Factor de Modificacin de Respuesta(R)
Si un sistema estructural se somete a la accin ssmica, en un tiempo determinado la fuerza inercial sobre la masa ser mxima para
un amortiguamiento especfico. Si este sistema estructural responde inelsticamente, la carga ser inferior que la
elstica para la misma accin ssmica; esto es en cierta manera una reduccin en la fuerza ssmica cuando una estructura incursiona en
rango no lineal.
Muchos de estos factores son an materia de estudio y valores genricos han sido adoptados por varios cdigos, por ejemplo:
- Sistemas con excelente ductilidad tendrn un R entre 3 y 5.
- Sistemas con mediana ductilidad tendrn un R entre 2 y 3.
- Sistemas con pobre ductilidad tendrn un R entre 2 y 1.
En general acorde con los resultados de anlisis dinmico no lineal de estructuras sujetas a grandes sismos, se puede utilizar las
ecuaciones (2.17) y (2.18), segn el factor dominante.
Si domina el desplazamiento constante R ==mx.y
Si domina la energa constante R = 21
(2.17)
(2.18)
44
Donde:
R = factor de reduccin de fuerza ssmica.
= factor de ductilidad de desplazamiento.
mx . = desplazamiento mximo lateral.
y = desplazamiento de fluencia.2.5.1. Cdigo AASHTO STANDARD
Los factores de reduccin para el reglamento
STANDARD son los mostrados en la Tabla N 2.15.
AASHTO
Tabla N 2.15. Factor d e Modifi cacin de Respuesta (R) - AASHTO
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
51/150
45
STANDARD
(1)El factor R se debe usar para ambos ejes ortogonales de la subestructura.(2)Un pilar tipo placa puede disearse como columna en la direccin ms dbil siempre que cumpla t odos los requisitosssmicos de columna, en tal caso puede utilizarse el coeficiente R de columnas solas.(3) Se recomienda que las conexiones se diseen para las fuerzas mximas que puedan desarrollarse porplastificacin de la columna o las columnas del prtico. Estas fuerzas son a menudo significativamente menores queaquellas obtenidas usando el factor R=1.
2.5.2. Cdigo AASHTO LRFD
Los factores de reduccin para el reglamento AASHTO LRFD son los mostrados en
la Tabla N 2.16.
Tabla N 2.16.Factor de Modificaci n de Respuesta(R) - AASHTO LRFD
(1)El factor R se debe usar para ambos ejes ortogonales de la subestructura.(2)Un pilar tipo placa puede disearse como columna en la direccin ms dbil siempre que cumpla todos los requisitosssmicos de columna, en tal caso puede utilizarse el coeficiente R de columnas solas.(3) Se recomienda que las conexiones se diseen para las fuerzas mximas que puedan desarrollarse porplastificacin de la columna o las columnas del prtico. Estas fuerzas son a menudo significativamente menores queaquellas obtenidas usando el factor R=1.
SUB ESTRUCTURA(1) R CONEXIONES(3) RPilar tipo muro(2) 2 De la subestructura al estribo. 0.8Pilote de concreto reforzado 3 Juntas de expansin de una luz de 0.8
a. nicamente pilotes verticales la subestructura.b. Uno o ms pilotes inclinados 2
Columnas individuales 3 Columnas, pilares o viga cabezal sobre pilotes a la
superestructura
1.0
Pilotes de acero o acero compuesto con 5 Columnas o pilares ala
1.0
concreto: cimentacin.a. nicamente pilotes verticalesb. Uno o ms pilotes inclinados 3
Columnas mltiples 5
SUB ESTRUCTURA(1) R CONEXIONES(3) RCrtico Esencial Otros
Pilar tipo muro(2) 1.5 1.5 2 De la subestructura al estribo. 0.8
Pilote de concreto reforzado
a . nicamente pi lo tes
verticales
b. Uno o ms pi lot es
inclinados
1.5
1.5
2
1.5
3
2
Juntas de expansin de una luz dela subestructura.
0.8
Columnas individuales 1.5 2 3 Columnas, pilares o viga cabezal
sobre pilotes a la superestructura.
1.0
Pilotes de acero o acero compuesto
con concreto:
a . nicamente pi lo tes
verticales
b . Uno o ms p ilotes
inclinados
1.5
1.5
3.5
2
5
3Columnas o pilares a la
cimentacin.
1.0
Columnas mltiples 1.5 3.5 5
2.5.3. Reglamento Japons
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
52/150
En el reglamento Japons, los factores de reduccin estn en funcin de valores de ductilidad de desplazamiento admisible(a),
tal como lo expresa la ecuacin (2.20). El factor de modificacin de respuesta, es expresado como:
R = 2a 1 (2.20)
Para columnas de concreto armado, se tiene que a=8, con lo que se obtiene un valor de R=3.87, valor mximo que puede
tomar un factor de reduccin, en el reglamento japons.
Los valores de a para pilares, que es el caso ms usualmente utilizado en el Per, varan entre 4 y 6 dependiendo de la
forma del pilar, obteniendo factores de reduccin de 2.6 a 3.3.
2.5.4. CALTRANS
El CALTRANS tiene factores de modificacin de respuesta (R), asociados a demandas de ductilidad de desplazamiento
(Tabla N 2.17); de acuerdo a ello, se evala con la ecuacin (2.19), el factor de reduccin R.
Tabla N 2.17. Demandas de Ducti l idad de desplazamien to(D)
R = 2D 1
46
(2.19)
SUB ESTRUCTURA DColumnas simples apoyadas sobre cimentacin fija. 4Columnas mltiples apoyadas en zapatas fijas o articuladas. 5
Pilar tipo muro(direccin dbil), base fija o articulada. 5Pilar tipo muro(direccin fuerte), base fija o articulada. 1
Donde:
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
53/150
47
R = factor de reduccin de fuerza ssmica.
D = factor de ductilidad de desplazamiento.
Si reemplazamos valores en la ecuacin 2.19, para valores de D =4; 5; 1;
se obtendrn valores de R = 2.65; 3.00; 1.00, respectivamente.
5. Propuesta de Reglamento del MTC
La Propuesta de Reglamento de Puentes de la Direccin General de Caminos
y Ferrocarriles del Ministerio de Transporte y Comunicaciones [Ref. 6],
presenta los mismos coeficientes de reduccin de la Tabla N 2.16.
6. Comentario
El reglamento AASHTO LRFD, considera valores de R menores para puentes
clasificados como crticos y esenciales, ello estara indicando que la fuerza
ssmica es mayor, mientras los valores de R para puentes clasificados como
Otros, coinciden con el reglamento AASHTO STANDARD.
El CALTRANS y el reglamento Japons utilizan valores de R algo mayores a los
de la AASHTO STANDARD y LRFD.
La NTE E.030, es una norma concebida para edificios y no se debe utilizar
directamente en puentes. Finalmente, al culminar este estudio, se realiza unapropuesta para el Per.
CAPTULO III
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
54/150
48
REQUERIMIENTOS DE ANLISIS
En este captulo se trata en primer lugar acerca de los criterios de regularidad de un puente,
parmetro importante junto a la importancia de ste para poder seleccionar los mtodos deanlisis ssmicos mnimos a ser usados. Adems, se describe la metodologa en detalle de
los procedimientos de anlisis ssmicos, tambin se dan algunos criterios de modelacin y
se describe los requerimientos mnimos de anlisis ssmicos, dados por los cdigos estudiados y
otros.
3.1. Criterios de regularidad
Para que una estructura sea regular o irregular segn las referencias 1, 2, 7, 8, 10, 14,
26 y 36, debe cumplir los siguientes criterios:
a. Puentes regulares: son aquellos que tienen menos de 7 tramos y no
presentan cambios en su masa o rigidez que excedan 25% de un
segmento a otro a lo largo de su longitud. Un puente horizontal curvo, puede
ser considerado regular si el ngulo sub-tendido al centro de curvatura, de
un estribo a otro, es menor a 60 y no tiene un cambio abrupto en rigidez o
masa. Esto es mostrado en la Figura N 3.1.
b. Puentes irregulares: aquellos que no clasifican como regulares. Ver
figura N 3.2.
Un puente se desempea satisfactoriamente ante un evento ssmico, siempre y
cuando sea simple, simtrico e ntegro. Simple, por que las fuerzas se transfieren al
suelo en forma directa; simtrico, para no
generar rotaciones torsionales; y finalmente ntegro, por que todas las componentes
del p ente deben permanecer conectadas desp s del e ento ssmico
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
55/150
del puente deben permanecer conectadas despus del evento ssmico.
Figura N 3.1. Caractersticas para que u n p uente cl asi f ique c omo regular.
Figura N 3.2. Caractersticas para que u n p uente clas i f ique co mo irregular.
49
3.2. Procedimientos de anlisis
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
56/150
50
Los mtodos de Anlisis Elsticos ms recomendados por las normas estudiadas para
este trabajo son:
1: Mtodo simplificado o de carga uniforme(UL) 2: Mtodo deanlisis espectral Unimodal(SM) 3: Mtodo de anlisis espectral
Multimodal(MM) 4: Mtodo de anlisis Tiempo Historia(TH)
3.2.1. Mtodo simplificado o de carga uniforme(UL)
El mtodo de carga uniforme est basado en el modo fundamental de
vibracin, tanto en direccin transversal como longitudinal. El periodo de este
modo de vibracin debe ser calculado usando un modelo de un solo grado de
libertad masa- resorte. La rigidez de este resorte equivalente debe calcularse
usando el desplazamiento mximo que ocurre cuando una carga lateral uniforme
arbitraria es aplicada a la superestructura del puente. El coeficiente derespuesta ssmica elstica Csm debe ser usado para calcular la carga ssmica
equivalente a partir del cual se encuentran los efectos de fuerza ssmica. El
mtodo es del tipo esttico equivalente que utiliza una carga lateral uniforme
que aproxima el efecto de carga ssmica. El mtodo es adecuado para puentes
regulares que responden principalmente en el modo fundamental de vibracin.
El procedimiento de este mtodo es el siguiente:
PASO 1: Calcular el desplazamiento esttico horizontal Us(x) yUs(y) debido a una carga uniforme Po horizontal, la carga esaplicada a todo lo largo del puente, tiene un idad de fuerza / longitud y
puede tomar un valor arbitrario de 1 (Figura 3.3).
PASO 2: Calcular la rigidez lateral del puente K con la ecuacin (3.1) y el peso
total W con la ecuacin (3 2)
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
57/150
total W con la ecuacin (3.2).
Usmx
W = w(x)dx
K= PoL (3.1)
(3.2)Donde :
L = longitud total del puente.
Usmx = mximo valor de Us(x) o Us(y)w(x) = peso por unidad de longitud de la carga muerta de la
superestructura y sub-estructura tributaria del puente.
Figura N 3.3. Fuerza Po apl icada en ambas d irecciones.
El peso debe tomar en cuenta los elementos estructurales y otras cargas
relevantes. Se puede incluir cargas vivas, pero los efectos de inercia de las
cargas vivas no se incluyen en el anlisis. Sin embargo, para el caso de
ciudades, puede ocurrir una gran congestin vehicular, causando un
incremento de masa y en consecuencia un incremento de la carga ssmica
esttica.
PASO 3: Calcular el periodo de vibracin del puente usando la ecuacin (3.3),para ambas direcciones. gK
51
WT= 2.. (3.3)
Donde :
g = aceleracin de la gravedad(longitud / tiempo2)
PASO 4: Calcular la carga ssmica esttica equivalente a partir de la ecuacin
(3.4).
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
58/150
(3.4).
LPe = Csm W (3.4)
Donde:
Csm = coeficiente de respuesta ssmica elstica (sin
dimensiones) para el periodo T.
Pe = carga uniforme ssmica equivalente por unidad de longitud depuente, aplicada para representar el modo primario de vibracin.
PASO 5: Calcular los desplazamientos y fuerzas de miembro escalando los
resultados del primer paso por la relacin Pe/Po.
3.2.2. Mtodo de Anlisis Espectral Unimodal(SM)
Debe ser utilizado en la direccin longitudinal y la transversal del puente de la
siguiente forma:
PASO 1: Se calculan los desplazamientos horizontales estticos Us(x) (longitud)
debido a una fuerza horizontal unitaria uniforme po(fuerza/longitud) que se
aplica a la superestructura, como se indica en la figura N 3.3 (repetida).
Figura N 3.3. Fuerza Po apl icada en ambas direccio nes (repetida).
52
PASO 2: Se calcula los coeficientes , y , con las ecuaciones (3.5), (3.6) y
(3.7), respectivamente para la direccin longitudinal y transversal.
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
59/150
( ), p p g y
= Us (x)dx
= w(x).Us (x)dx
(3.5)
(3.6)
= w(x).(Us (x)) dx2 (3.7)
Donde:w(x) = es la carga muerta de la superestructura y la subestructura
tributaria(fuerza / unidad de longitud).
= coeficiente con unidad de longitud2
= coeficiente con unidad de fuerza por longitud
=coeficiente con unidad de fuerza por longitud2
PASO 3: Calcular el periodo fundamental del puente en las dos direcciones
principales por medio de la ecuacin (3.8).
p0 .g.
53
T= 2.. (3.8)
Donde:
g : aceleracin de la gravedad(longitud / tiempo2)
PASO 4: Calcular la fuerza ssmica esttica equivalente en ambas direcciones
con la ecuacin (3.9)..U(x)Pe(x) =
.Cs.w(x)
(3.9)
Donde:
Cs : coeficiente de respuesta ssmica que se obtiene luego de reemplazar
el periodo en la ecuacin que lo define.Pe(x) : fuerza ssmica esttica equivalente, que corresponde a las fuerzas
inerciales que el sismo de diseo impone al puente a travs del modo
fundamental.
PASO 5: Aplicar la fuerza esttica equivalente Pe(x) al puente y por medio de
un anlisis estructural, se obtienen las fuerzas para cada uno de los
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
60/150
54
elementos y los desplazamientos correspondientes.
3.2.3. Mtodo de anlisis espectral multimodal(MM)
Este mtodo debe ser usado para puentes en los cuales ocurre acoplamientoen ms de tres coordenadas, en cada modo de vibracin. La respuesta est
compuesta por la contribucin de un nmero plural de modos que contribuyen
en la respuesta total de la estructura. Se debe usar el espectro de respuesta
elstico. Debe emplearse un programa de computador que realice el
anlisis dinmico espacial, teniendo en cuenta los efectos de acoplamiento
en la respuesta total de la estructura del puente.
a. Modelo Matemtico: el puente debe modelarse como una estructura
tridimensional espacial con elementosinterconectados en nodos, que describan de manera realista la rigidez y la
masa de la estructura. La masa de la estructura se puede suponer
concentrada en los nodos con un mnimo de 3 grados de libertad
traslacionales. La masa debe incluir la de los elementos estructurales y
otras cargas relevantes, como vigas cabezales, estribos, columnas, zapatas,
etc.
Superestructura: como mnimo debe modelarse como una serie de
elementos estructurales de prtico espacial, interconectados en nodoslocalizados en los apoyos de la superestructura, e intermedios a
distancias de un cuarto de la luz. Las discontinuidades formadas por las
juntas y los estribos deben incluirse. Ver Figura N 3.4.
Subestructura: las columnas y los pilares interiores deben modelarse
como elementos de prtico espacial, las columnas
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
61/150
altas y flexibles deben modelarse con nodos en sus extremos e
interiormente a distancias cada tercio de la longitud de la columna. Las
columnas cortas, cuya longitud sea menor de un tercio de la luz de los
vanos adyacentes, no requieren nodos interiores. El modelo debe
tener en cuenta la excentricidad de las columnas con respecto a la
superestructura. Ver Figura N 3.4.
Figura N 3.4. Modelo estructu ral para la s uperestructu ra y sub estructura en el anlisisespectral m ul t imodal .
b. Modos y periodos de vibracin: deben calcularse para una condicin de
base fija, utilizando las masas y rigideces del sistema de resistencia ssmica
del puente.
c. Nmero mnimo de modos: el anlisis de la respuesta debe incluir, como
mnimo, el efecto de un nmero de modos equivalente a 3 veces el nmero
de luces o 25 modos.
d. Combinacin de fuerza y desplazamiento: los desplazamientos
y fuerzas en los miembros se pueden determinar
combinando los parmetros (desplazamientos, fuerzas, momentos,
torsiones, etc.) producidos en cada modo, por medio
del mtodo de la Combinacin Cuadrtica Completa(CQC).
55
3.2.4. Mtodo de anlisis Tiempo-Historia(TH)
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
62/150
56
El anlisis ssmico empleando este mtodo debe realizarse con cada uno de
los acelerogramas para las direcciones longitudinal y transversal, con un
programa de computador (por ejemplo el SAP2000). Debe tenerse como
mnimo 5 registros.
Para esta tesis se considera y recomienda los 6 registros con los cuales se
evalu la norma E.030 (Sismos de 1966-1970-1974), de los 20 registros de
aceleracin horizontal que se cuentan desde el ao 1951 hasta el 1974, tal como
se muestran seleccionados en la tabla N 3.1 [Ref. 21]. En esta tabla se
muestra el nmero del sismo, la fecha del sismo, la denominacin de
ste, la componente, el nmero de datos (N datos), la aceleracin pico del suelo
(PGA), la velocidad pico del suelo (PGV) y el desplazamiento pico
del suelo (PGD).
Tabla N 3.1. Sismo s Peruanos desde 1951 @ 1974.
NM. FECHA DENOMINACIN COMPONENTE N datos PGA PGA (g) PGV PGD1 31-ene-51 1639 GCT-N82W HORIZONTAL 1478 -60.44 0.06 -1.65 -0.31
2 31-ene-51 1639 GCT-NO8W HORIZONTAL 1480 45.70 0.05 0.92 0.15
3 17-oct-66 N82W HORIZONTAL 3283 -180.59 0.18 13.23 7.35
4 17-oct-66 NO8E HORIZONTAL 3282 -269.34 0.27 -21.60 -16.60
5 31-may-70 Huaraz HORIZONTAL 2259 -104.82 0.11 4.71 1.55
6 31-may-70 Huaraz HORIZONTAL 2259 -97.75 0.10 6.98 2.647 29-nov-71 N82W HORIZONTAL 2010 53.55 0.05 4.08 1.74
8 29-nov-71 N08E HORIZONTAL 2010 86.54 0.09 -4.22 -1.25
9 5-ene-74 N82W HORIZONTAL 1804 66.76 0.07 4.03 0.59
10 5-ene-74 NO8E HORIZONTAL 1804 -72.28 0.07 -2.15 -0.45
11 5-ene-74 ZARATE L HORIZONTAL 1641 -139.59 0.14 3.23 1.30
12 5-ene-74 ZARATE V HORIZONTAL 1642 -156.18 0.16 4.40 1.08
13 3-oct-74 1421 GCT NO8E HORIZONTAL 4899 178.95 0.18 10.30 -5.34
14 3-oct-74 1421 GCT N82W HORIZONTAL 4899 -192.49 0.20 14.48 6.4115 3-oct-74 1421 GCT N82W HUACO HORIZONTAL 4879 192.35 0.20 -20.48 7.93
16 3-oct-74 1421 GCT N08E HUACO HORIZONTAL 4879 -207.12 0.21 16.94 8.03
17 9-nov-74 IGP HORIZONTAL 2392 46.21 0.05 -3.60 1.80
18 9-nov-74 IGP HORIZONTAL 2391 -69.21 0.07 -4.91 -1.81
19 9-nov-74 LA MOLINA HORIZONTAL 1972 -116.78 0.12 -7.89 2.43
20 9-nov-74 LA MOLINA HORIZONTAL 1971 -93.71 0.10 -5.35 1.28
Adems, en esta tabla no se considera el sismo de Nazca registrado en Lima (1996), ni el sismo de Atico registrado en Moquegua
(23 de Junio del 2001), ni los 6 que captaron los acelergrafos chilenos (23 de Junio del 2001). Todos estos registros se pueden
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
63/150
utilizar tambin para poder realizar un anlisis Tiempo-Historia.
Segn las normas revisadas, estos registros deben normalizarse de manera que la aceleracin mxima corresponda al valor mximo
esperado en el sitio de acuerdo a una probabilidad de excedencia, por ejemplo del 10% para una vida til de 50 aos, equivalente a 475
aos de periodo de retorno, esto dependiendo de la importancia del puente. Para efecto de este estudio se normaliza a 0.4g. Adems,
estos registros pueden ser modificados por las condiciones de suelo local.
3.3.Requerimientos de anlisis de los cdigos estudiados
3.3.1. Cdigo AASHTO STANDARD
De acuerdo al coeficiente de aceleracin (Z=A) y la clasificacin por importancia (IC) se le asigna una Categora de
Comportamiento Ssmico (CCS), mostrado en la Tabla N 3.2; y posteriormente se determina el procedimiento de anlisis mnimo (Tabla N
3.3). Aunque los puentes de un solo tramo no son estudiados aqu, las normas contemplan que no es necesario hacer un anlisis
ssmico para este tipo de estructuras.
Tabla N 3.2. Catego ra de com po rtam ient o ssm ico (CCS)
Coeficiente de
Aceleracin(Z=A)
Clasificacin por Importancia(IC)I II
A0.09 A A0.09
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
64/150
58
NA = no requiere un anlisis ssmico.UL = Mtodo simplificado o de carga uniforme. SM =Mtodo de anlisis espectral Unimodal. MM = Mtodo deanlisis espectral Multimodal. TH = Mtodo de anlisisTiempo Historia.
3.3.2. Cdigo AASHTO LRFD
Este cdigo determina los mnimos requerimientos de anlisis y procedimientos,
en funcin de la regularidad de un puente. Ver Tabla N 3.4.
Tabla N 3.4. Requerimiento s m nim os y p rocedim ientos para efectos ssmico s -
AASHTO-LRFD
NA = no requiere un anlisis ssmico.UL = Mtodo simplificado o de carga uniforme. SM =Mtodo de anlisis espectral Unimodal. MM = Mtodo deanlisis espectral Multimodal. TH = Mtodo de anlisisTiempo Historia.
3.3.3. Cdigo Japons
El Cdigo Japons nos brinda los requerimientos mnimos de anlisis,
mostrados en las Tablas N 3.5 y 3.6.
Ssmico(CCS) o ms luces o ms luces
A NA NAB SM/UL SMC SM/UL MMD SM/UL MM
Zona
Ssmica
A=Z
Puentes de
un solo
tramo
Puentes de mltiples tramos
Otros puentes Puentesesenciales
Puentes crticos
Regular Irregular Regular Irregular Regular Irregular1 No requiere
anlisisssmico
NA NA NA NA NA NA2 SM/UL SM SM MM MM MM3 SM/UL MM MM MM MM TH4 SM/UL MM MM MM TH TH
Tabla N 3.5. Movim ient os s sm ico s a ser tom ado s en cu enta en el di seo ssm ico y en el
des empeo ssm ico del pu ent e
Movimiento de suelo a tomar en cuenta en el Diseo Objetivo del desempeo ssmico Mtodo del clculo ssmico
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
65/150
59
Tabl a N 3.6. Anlis is Mnimo Req uer id o Cd ig o Jap ons
ESA = Anlisis Elstico Esttico(UL y SM) EDA =Anlisis Elstico Dinmico(MM y TH) ISA = AnlisisInelstico Esttico(Pushover) IDA = Anlisis InelsticoDinmico.
3.3.4. CALTRANS
El CALTRANS nos brinda los requerimientos mnimos de anlisis, en funcin de
la importancia del puente, el tipo de configuracin y el nivel de evaluacin. El
tipo de configuracin I incluye puentes con caractersticas de respuesta simple;
stos incluyen puentes con superestructura continua como son los puentes que
describe este trabajo de investigacin, tramos con longitudes adecuadas,menores a 7 tramos, apoyos con apropiada rigidez y respuesta vertical
insignificante. El tipo de configuracin II, incluye puentes con caractersticas de
respuesta ms compleja, que no pueden ser representados fcilmente con un
Anlisis Elstico Esttico
Movimiento de suelo a tomar en cuenta en el Diseo
Ssmico
Objetivo del desempeo ssmico
de puentes
Mtodo del clculo ssmico
Puente
Clase A
Puente
Clase B
Mtodo de
anlisis esttico
Mtodo de anlisis
dinmicoMovimiento de suelo altamente probable de ocurrirdurante el periodo de servicio del puente(EvaluacinFuncional)
No se tiene ningn dao Mtodo delcoeficiente
ssmico
Anlisis deRespuesta Tiempo-
Historia o un Anlisisde Respuesta
EspectralMovimiento de suelo de altaintensidad, menos probable
de ocurrir durante el periodode servicio del puente(Evaluacin deseguridad)
Movimiento
Suelo I
Prevenirdaos
fatales
Limitacin de
daos
Mtodo de di seo porductilidad (Usando un
factor de modificacinde respuesta R)
Movimiento
Suelo II
Categora Evaluacin
Funcional
Evaluacin de
seguridad
Puentes con caractersticas de
respuesta simple
ESA ISA
Puentes con
caractersticas de
respuestacompleja
Anlisis Esttico Equivalente es
aplicable
ESA y EDA ISA y IDA
Anlisis Esttico Equivalente no esaplicable
EDA IDA
(ESA). La configuracin tipo II incluye puentes con articulaciones intermedias en
la superestructura y clasifican como puentes irregulares. Ver Tabla N 3.7.
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
66/150
60
Tabla N 3.7. Anlisi s Mnim o Requ erido - CAL TRANS
ESA = Anlisis Elstico Esttico(UL y SM) EDA =Anlisis Elstico Dinmico(MM y TH) ISA =Anlisis Inelstico Esttico(Pushover) IDA =Anlisis Inelstico Dinmico.
3.4. Otros mtodos utilizados por los cdigos estudiados
En cuanto a los mtodos de anlisis inelsticos no se detallan en las normas
revisadas, slo los mencionan. Dichos mtodos son necesarios para
estructuras de configuracin compleja [Ref. 11, 15, 25 y 29], no tomados en
cuenta para este estudio, y que generalmente son puentes que se consideran
irregulares.
Importancia Configuracin Evaluacin
Funcional
Evaluacin de
seguridad
Puente Ordinario Tipo I No requerido ESA o EDATipo II No requerido EDA
Puente importante Tipo I ESA o EDA ESA o EDATipo II EDA EDA, ISA y IDA
CAPTULO IV
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
67/150
61
REQUERIMIENTOS DE DISEO
En este captulo se describen algunos conceptos dados para el diseo como: la combinacin
ortogonal de las fuerzas ssmicas, los desplazamientos de diseo en los apoyos(tanto para
pilares como para estribos), se habla de los elementos de seguridad como los topes
transversales y otras consideraciones a tomar de otras normas o cdigos como los de las
referencias 7, 8, 9, 10, 26, 35, 36 y 37.
4.1. Combinacin ortogonal de fuerzas ssmicas
Los cdigos AASHTO STANDARD, AASHTO LRFD, CALTRANS,
consideran a las fuerzas ssmicas horizontales provenientes del anlisis en la direccin
longitudinal y transversal, deben combinarse para formar dos estados de carga(Ver FiguraN 4.1):
ESTADO I:Las fuerzas y momentos causados por el sismo, en cada uno de
los ejes principales del elemento se obtiene sumando el 100% del valor
absoluto de las fuerzas elsticas provenientes del anlisis en la direccin
longitudinal del puente, con el 30% del valor absoluto de las fuerzas ssmicas
elsticas provenientes en la direccin transversal del puente.
ESTADO II:Las fuerzas y momentos causados por el sismo, en cada uno de
los ejes principales del elemento se obtiene sumando el 100% del valor
absoluto de las fuerzas elsticas provenientes del anlisis en la direccin
transversal del puente, con el 30% del valor absoluto de las fuerzas ssmicas
elsticas provenientes en la direccin longitudinal del puente.
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
68/150
Fig ur a N 4.1. Accin sim ultnea de las 2 com ponentes d e las fuerzas de sism o, segn
AASHTO STANDARD, AASHTO LRFD y CALTRANS.
El Cdigo Japons, considera las direcciones actuantes de las fuerzas de inercia en
la direccin del eje del puente y en la direccin perpendicular al eje del puente,
en el caso de un puente recto, como lo muestra la Figura N 4.2. Este reglamento
considera no muy probable que las fuerzas de inercia en las dos direcciones llegarn a ser
mximas simultneamente; es por eso que consideran que estas fuerzas actan en
forma independiente. En el caso de un puente esviado con un gran ngulo de esviaje(en
general para ngulos mayores de =60), pueden ser considerados como puentes rectos
por simplificacin de clculo; de no ser as, las direcciones de las fuerzas actuantes
sern las que se muestran en la Figura N 4.2.
Figura N 4.2. Direccion es actuantes d e las fuerzas de inercia, segn el Cdig o
Japons.
62
4.2. Desplazamientos de diseo
Despus de un evento ssmico los apoyos de la superestructura con la subestructura
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
69/150
sufren desplazamientos longitudinales y laterales, tal como se muestra en la Figura N 4.3.
Figura N 4.3. Desplazamientos q ue c omnmente o curren en p uentes d espus de un
even to s sm ico [ Ref. 3].
Estos desplazamientos pueden ser grandes y podran ocasionar un colapso de lasuperestructura, para ello, los diversos cdigos dan longitudes de apoyo mnimas.
4.2.1. AASHTO STANDARD
Segn las exigencias del AASHTO STANDARD, la longitud de soporte est en
funcin de la Categora de Comportamiento Ssmico. En la tabla N 4.1 y en
las ecuaciones (4.1) y (4.2), se muestran los valores mnimos.
Tabla N 4.1. Long itud m nim a de sop ort e N, segn AA SHTO STANDARD
63
Categora de
Comportamiento Ssmico
Mnima longitud de Apoyo N (mm)
A y B N=(203+1.67L+6.66H)(1+0.000125S2) (4.1)B y C N=(305+2.5L+10H)(1+0.000125S2) (4.2)
En la figura N 4.4, se muestra la representacin grfica, para determinar la
longitud de soporte.
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
70/150
Figura N 4.4. Dimens iones para req uerimien tos m nim os d e sop orte
(AASHTO STANDARD Y AASHTO L RFD).
Donde:L = longitud medida en el tablero en metros a la siguiente junta de expansin o al
extremo del tablero del puente. Para articulaciones entre luces, L debe ser la
suma de L1 + L2, correspondiente a las distancias a ambos lados de la junta.
Para puentes de una sola luz, L es igual a la longitud del tablero.
H = est referido a la altura de la subestructura en metros. Para estribos, H es
la altura promedio de las columnas que soportan al tablero del puente hasta la
prxima junta de expansin. Para columnas y/o pilares, H es la altura del pilar o
de la columna. Para articulaciones dentro de un tramo, H es la altura promedio
entre dos columnas pilares adyacentes. Para puentes simplemente
apoyados, H es considerado 0.
S = ngulo de esviaje de apoyo en grados(), medido desde la lnea normal al
tramo.
64
4.2.2. AASHTO LRFD
Los anchos de cajuela en apoyos de expansin debern acomodarse
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
71/150
65
al mayor de los mximos desplazamientos calculados con los mtodos
de anlisis ssmico o un porcentaje del ancho de cajuela emprica, N,
especificado por la ecuacin (4.3). El porcentaje de N aplicado a cada zona
ssmica deber ser como se especifica en la Tabla N 4.2, adems el ancho
de cajuela ser tomado como lo muestra la Figura N 4.4.
N = (200+0.0017L+0.0067H)(1+0.000125S2) (4.3)
Donde:
N = longitud mnima (emprica) de la cajuela, medido normalmente a
la lnea central del apoyo (mm).
L = distancia del tablero del puente a la junta de expansin adyacente
al final del tablero del puente (mm). Para articulaciones entre luces, L
debe tomarse como la suma de la distancia a ambos lados de la articulacin.
Para puentes de un slo tramo, L es igual a la longitud del tablero del puente (mm).H = para estribos, la altura promedia de las columnas que soportan al
tablero del puente hasta la prxima junta de expansin. Para columnas y/o
pilares, la altura del pilar o de la columna. Para articulaciones dentro de un
tramo, la altura promedio entre dos columnas o pilares adyacentes (mm). Para
puentes simplemente apoyados, se considera 0.
S = desviacin del apoyo medido desde la lnea normal al tramo()
Tabla N 4.2. Porcentaje de N por zon a y co eficiente de aceleracinZona Coeficiente de Aceleracin Tipo de Suelo Porcentaje de N
1
7/16/2019 COMPARACION NORMAS SISMICAS
72/150
66
ecuacin (4.4), y ser mayor a la ecuacin (4.5).SE = uR +uG SEM
SEM = 70 + 0.5l
Adems, uG es determinado con la ecuacin (4.6):
uG =100G L
(4.4)
(4.5)
(4.6)
Donde:
SE=Longitud de asiento de la viga en el apoyo (cm). Esta
dimensin es la longitud de la superestructura desde el extremo de la viga,
como se muestra en la Figura N 4.5, al borde de la parte superior de la
subestructura.
uR =desplazamiento relativo entre la superestructura y el borde de la parte
superior de la subestructura, ocurrido en el lugar de
clculo de la longitud de apoyo de la viga en el soporte (cm).uG =desplazamiento relativo del suelo, ocurrido por unadeformacin del suelo durante un sismo (cm).
SEM =valor mnimo de longitud de asiento de una viga en un soporte (cm).
G =deformacin del suelo durante un sismo, equivalente a
0.0025, 0.00375 y 0.005 respectivamente para suelos tipo I, II y III L =distancia
entre subestructuras afectando la longitud de apoyo de una viga en un soporte
(m). Ver Figura N 4.6.
l =longitud de tramo efectivo (m). Cuando dos superestructuras son
soportadas
Recommended