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DISEÑO DE PUENTES Y VIADUCTOS

PRESENTE Y FUTURO

PREPARADO POR: RAUL CAMPOS Q. / RCQ INGENIERIA

V CONGRESO AICE - CHILE / LA INGENIERIA QUE VIENE – 10 DE NOVIEMBRE 2012

INDICE PONENCIA

1.- EVOLUCION EN EL DISEÑO DE PUENTES Y VIADUCTOS EN CHILE

2.- PUENTES SIN JUNTAS (JOINTLESS BRIDGES)

3.- CASO REAL: PUENTE IBAÑEZ (CONCEPCION – CHILE)

V CONGRESO AICE - CHILE / LA INGENIERIA QUE VIENE

1.- EVOLUCION EN EL DISEÑO DE PUENTES Y VIADUCTOS EN CHILE

RESEÑA HISTORICA: EN 1842 SE CREA EL CUERPO DE INGENIEROS. EL 27 DE ENERO DE 1888 SE CREA EL MINISTERIO DE OBRAS, Y EN 1925 SE CREA EL

DEPARTAMENTO DE CAMINOS. HASTA EL AÑO 1994, LA MAYOR CANTIDAD DE PUENTES ERAN DE MADERA (28%), HORMIGON (22%), HORMIGON-ACERO CON

PISO DE MADERA (19%), HORMIGON-MADERA (14%), OTROS (16%).

1.- GENERACION 1: (FUENTE: JORGE CAMPUSANO, MOP).

• EL PRIMER PUENTE CONSTRUIDO POR LOS ESPAÑOLES SOBRE EL RIO MAIPO DATA DE 1546. EN 1609 SE CONSTRUYE EL PRIMER PUENTE SOBRE EL

MAPOCHO LLAMADO CAL Y CANTO (ESTRUCTURA METALICA SOBRE BASES DE CAL Y CANTO), PARA USO PEATONAL. PUENTE RIO CLARO (1870),

CORRESPONDIA AL PUENTE MAS ANTIGUO EN CHILE EN SERVICIO HASTA SU COLAPSO DURANTE EL TERREMOTO 27F2010 (PUENTE INTEGRAL).

• EN EL PERIODO 1888-1895 SE CONSTRUYEN LOS PUENTES VIADUCTO DEL MALLECO FFCC (L=347,5 M Y H= 100 M, PUENTE CONTINUO), PUENTE MAULE

(1888), PUENTE LAJA (1889), PUENTE ÑUBLE (1889), PUENTE BIO BIO (1890, TABLERO Y PILOTES DE MADERA). EN 1915 SE CONSTRUYE EL PUENTE

TOLTEN EN ARCO DE MADERA, REEMPLAZADO AÑOS DESPUES POR UN ARCO DE HORMIGON.

• EN 1925 SE INICIA LA MASIFICACION DE HORMIGON ARMADO (TIPO ARCO O VIGAS CON LOSA), EN LONGITUDES NO SUPERIORES A 24 M. ENTRE 1930 Y

1950 SE CONSTRUYE ENTRE OTROS EL PUENTE TOLTEN EN VILLARICA (ARCO DE 72 M). A PARTIR DE 1940 SE CONSTRUYEN ALGUNOS PUENTES

COLGANTES CON TABLERO DE MADERA Y LUCES ENTRE 40 Y 50 M. LUEGO DEL TERREMOTO DE 1960, SE PROPUSIERON VARIOS PUENTES COLGANTES.

ENTRE 1961 Y 1966 SE CONSTRUYE EL PUENTE COLGANTE PRESIDENTE IBAÑEZ (210 M), EL MAS LARGO HASTA LA FECHA.

• EN EL PERIODO 1940-1980, IRRUMPEN LOS TABLEROS CON VIGA METALICAS, TABLERO DE MADERA O CON LOSA COLABORANTE DE HORMIGON

ARMADO. SE DISEÑAN VIGAS ISOSTATICAS, VIGAS CONTIUAS O TORNAPUNTAS, CON VANOS DE HASTA 50 M.

• SI BIEN EL LOS AÑOS 60 SE CONSTRUYEN ALGUNOS PUENTES CON VIGAS PRETENSADAS (MAIPO, JUAN PABLO II, MANUAL RODRIGUEZ), NO ES HASTA

1980 QUE SE MASIFICA EL USO DE VIGAS POSTENSADAS CON LOSA COLABORANTE DE HORMIGON ARMADO. ADEMAS, ENTRE LAS DECADAS 70 Y 80 SE

CONSTRUYE UN PAR DE PUENTES EN CAJON POSTENSADO (PUENTE CENTENARIO).

• EN 1990 SE COMIENZA A ADOPTAR EL CONCEPTO DE PREFABRICACION, CONSTRUYENDO TABLEROS CON VIGAS PRETENSADAS FABRICADAS EN

PLANTA. UN CASO ES EL PUENTE LLACOLEN SOBRE EL RIO BIO BIO. SE CONSTRUYE EL PUENTE COLGANTE YELCHO, CON UN TRAMO CENTRAL DE 150

M.


PUENTE CAL Y CANTO (1609) PUENTE RIO CLARO (1870) PUENTE MALLECO FFCC (1889)

PUENTE TOLTEN (1930) PUENTE PRESIDENTE IBAÑEZ (1966) PUENTE LLACOLEN (1990)


2.- GENERACION 2: (HASTA 1995) VIGAS ISOSTATICAS Y VANOS DILATADOS EN CEPAS Y

ESTRIBOS. VIGAS CONTINUAS DILATADAS EN ESTRIBOS.

3.- GENERACION 3: (1995-2002) VIGAS ISOSTATICAS O CONTINUAS, LOSA CONTINUA EN CEPAS, Y

DILATADAS EN ESTRIBOS. EJEMPLO DE ESTA TIPOLOGÍA SON LAS ESTRUCTURAS DE LAS CONCESIONES

TALCA-CHILLAN, SANTIAGO-TALCA, CHILLAN-COLLIPULLI, RIO BUENO – PUERTO MONTT. EN ESTE

PERIODO SE OMITE EL USO DE TRAVESAÑOS INTERMEDIOS Y EN APOYOS EN TABLEROS DE VIGAS

PRETENSADAS. 1 CASO DE AISLACION SÍSMICA (PUENTE MARGA MARGA – V REGION).

4.- GENERACION 4: (2002-2012) VIGAS ISOSTATICAS O CONTINUAS, DISPONIENDDO CONTINUIDAD

DE LOSA EN CEPAS Y ESTRIBOS HASTA 60 M DE LONGITUD. ALGUNOS CASOS DE AISLACION Y/O

PROTECCION SISMICA DE PUENTES EN OPERACIÓN: PUENTE MARGA-MARGA (1993), PUENTE AMOLANAS

(2000), VIADUCTO AMERICO VESPUCIO (2009), PUENTE RIO CLARO (2012), VIADUCTO RAMADILLAS (2012),

PUENTE CONFLUENCIA (2012), Y OTROS).

5.- GENERACION 5: LO QUE VIENE.


PUENTE MARGA MARGA (MOP, 1993) VIADUCTO AMERICO VESPUCIO (SACYR, 2009)

PUENTE RIO CLARO (FERROVIAL, 2012) PUENTE CONFLUENCIA (EL TENIENTE – CODELCO)

(SACYR, 2012)

EJEMPLO DE ALGUNOS PUENTES CON AISLACION SISMICA:



ESPECTRO DE DISEÑO CON AISLACION – VIADUCTO AMERICO VESPUCIO


ALGUNOS COMENTARIOS Y RELEXIONES RELATIVOS A LA AISLACION SISMICA

(O EN SU CONCEPTO GLOBAL: PROTECCION SISMICA)

1.- ACTUALMENTE EN CHILE DISPONEMOS DEL CONOCIMIENTO DE LA TECNICA DE AISLACION SISMICA.

2.- DISPONEMOS DE NORMATIVA PARA EJECUTAR LOS DISEÑOS (AASHTO).

3.- DISPONEMOS DE EMPRESAS NACIONALES QUE CONSTRUYEN AISLADORES, Y OTRAS EMPRESAS QUE LAS IMPORTAN.

4.- DISPONEMOS DE 1 LABORATORIO PARA REALIZAR LOS ENSAYOS EN CHILE (DICTUC). EN ESTE ASPECTO DEBEMOS

HACER LOS ESFUERZOS PARA MEJORAR. ¿COMO?. INCENTIVANDO LA CREACION DE NUEVOS Y MAS MODERNOS

LABORATORIOS (TAREA DE LA AUTORIDAD Y LAS UNIVERSIDADES), O CERTIFICANDO LOS AISLADORES DE PROCEDENCIA

EXTRANJERA (CERTIFICACION EMTIDA POR LABORATORIOS RECONOCIDOS, PRINCIPALMENTE DE UNIVERSIDADES DE U.S.A.

Y EUROPA).

5.- CON MOTIVO DEL TERREMOTO 27F2010, SE LOGRÓ COMPROBAR EL BUEN COMPORTAMIENTO DE LAS 2 ESTRUCTURAS

AISLADAS (ESTRUCTURAS CON APOYOS DE ALTO AMORTIGUMIENTO Y JUNTAS SÍSMICAS).

6.- EN EL CASO DE PUENTES, INTRODUCIR AISLACION SISMICA IMPLICA OBTENER ESTRUCTURAS MAS ECONÓMICAS (10% @

15%). ESTO ES UNA DIFERENCIA CON EL DISEÑO DE EDIFICIOS AISLADOS, AMBITO EN EL CUAL EXISTE EL CONCEPTO DE

CORTE MINIMO.

7.- SI EN GENERAL ESTAN LAS CONDICIONES PARA HACER DE LA AISLACION SISMICA UN ESTANDAR, ¿PORQUÉ NO LO ÉS?.

TRES REFLEXIONES: 1) ES NECESARIO QUE LA AUTORIDAD (MOP), INTRODUZCA LA OBLIGATORIEDAD EN EL USO DE

AISLACION SISMCA, 2) ES NECESARIO CONTAR CON UNA MASA CRITICA DE INGENIEROS QUE POSEAN LA INQUIETUD Y LOS

CONOCIMIENTOS PARA APLICAR LA TECNICA (TAREA DE LAS UNIVERSIDADES); 3) NECESITAMOS MAYOR CANTIDAD DE

LABORATORIOS.


EJEMPLO DE AISLACION SISMICA : PUENTE CONFLUENCIA (EL TENIENTE- CODELCO)

COMPARATIVO CON Y SIN AISLACION SISMICA:

• INGENIERIA TRADICIONAL: ANALISIS DINÁMICO MODAL ESPECTRAL. ELEMENTO QUE ACTUA COMO FUSIBLE: BASE DE COLUMNAS HUECAS.

SE UTILIZAN FACTORES R < 3 PARA REDUCIR LAS FLEXIONES EN LA BASE Y SOBRE LAS FUNDACIONES. EL USO DE R IMPLICA ACEPTAR DAÑO

EN LA COLUMNAS (AGRIETAMIENTO). ¿CUAL ES EL PROBLEMA?: LAS COLUMNAS DEBEN TRANSMITIR LAS CARGAS GRAVITACIONALES Y NO

POSEEN REDUNDANCIA. LUEGO, LAS COLUMNAS SON FUSIBLES INADECUADOS. ADEMAS, SE USAN APOYOS DE NEOPRENO, CUYAS

PROPIEDADES SON ALTAMENTE DEPENDIENTES DE LA TEMPERATIURA AMBIENTE.

• AISLACION SISMICA: UTILIZA APOYOS DE ALTO AMORTIGUAMIENTO (CAUCHIO NATURAL CON O SIN NUCLEO DE PLOMO,

AMORTIGUAMIENTO > 10%), CUYAS PROPIEDADES VARIAN POCO CON LA TEMPERATURA AMBIENTE. EL ELEMENTO QUE

ACTUA COMO FUSIBLE SON LAS PLACAS DE APOYO, LIMITANDO EL FACTOR R PARA LAS COLUMNAS (MAXIMO 1.5). ESTA

FILOSOFIA DE DISEÑO LIMITA EL AGRIETAMIENTO EN LA BASE DE LAS COLUMNAS, DE MUY DIFICIL INSPECCIÓN POST

TERREMOTO.

EVOLUCION EN EL DISEÑO: CASOS PRACTICOS

1.- PASO SUPERIOR RUTA 5 NORTE – RADIAL NOR ORIENTE


COMPORTAMIENTO 27F2010 (SUELO TIPO 3)

• SIN DAÑOS ESTRUCTURALES (SIN AGRIETAMIENTO.)

• TERRAPLENES DE ACCESO CON SEVEROS DAÑOS

(GRIETAS Y ASENTAMIENTOS EXCESIVOS).

• PASARELA UBICADA A 1 KM COLAPSADA.

• INDUSTRIAS DEL SECTOR CON SEVEROS DAÑOS.

PS RUTA 5 NORTE

• COMPORTAMIENTO MUY SATISFACTORIO EN SUELO TIPO 3.

• DAÑOS NO ESTRUCTURALES EN MANPOSTERIA Y LOSAS DE ACCESO DEBIDO DESPLAZAMIENTO DE TERRAPLENES.

• EVIDENCIA DE SEVEROS MOVIMIENTOS DEL SUELO Y ELEVADAS ACELERACIONES, DEBIDO AL COLAPSO O DAÑO DE ESTRUCTURAS CERCANAS.



2.- VIADUCTO RAMADILLAS – RUTA 160 - ARAUCO


3.- EJEMPLO VIADUCTOS CON CONTINUIDAD DE TABLERO

3.1 PUENTE HUASCO: L = 200 M - VOLADOS SUCESIVOS


3.2 VIADUCTO CARTAGENA: L = 236.5 M - LOSA DE TABLERO CONTINUA

3.3 VIADUCTO EL BOSQUE DE SANTIAGO: L = 261 M - LOSA DE TABLERO CONTINUA


V CONGRESO AICE - CHILE / INGENIERIA DE LO QUE

VIENE V CONGRESO AICE - CHILE / LA INGENIERIA QUE VIENE

3.4 ASPECTOS FUNDAMENTALES DE VIADUCTOS CON CONTINUIDAD DE TABLERO

3.4.1 A MEDIDA QUE AUMENTAN LAS LONGITUDES CONTINUAS, LAS DEFORMACIONES REOLOGICAS O IMPUESTAS

COMIENZAN A SER RELEVANTES, POR LO CUAL SU CORRECTA EVALUACION ES FUNDAMENTAL. EL CONOCIMIENTO QUE

NORMALMENTE TIENEN LOS INGENIEROS ESTRUCTURALES SOBRE ESTOS FENOMENOS ES LIMITADA (TEMPERATURA,

RETRACCION, FLUENCIA).

3.4.2 A MEDIDA QUE AUMENTAN LAS LONGITUDES CONTINUAS, LAS FLEXIONES SISMICAS

TRANSVERSALES DEL TABLERO (COMPORTAMIENTO DE VIGA), COMIIENZAN A SER RELEVANTES,

INTRODUCIENDO TORSIONES IMPORTANTES EN LA INFRAESTRUCTURA (POR COMPATIBILIDAD DE

DEFORMACIONES). LOS FENOMENOS DE TORSION EN PLANTA NORMALMENTE NO SON CONSIDERADOS EN EL

DISEÑO DE VIADUCTOS, LO CUAL OBEDECE A UN DESCONOCIMIENTO POR PARTE DE LOS DISEÑADORES.

2.- PUENTES SIN JUNTAS (JOINTLESS BRIDGES)


2.1 DEFINICION: AUSENCIA DE JUNTAS EN TABLEROS Y MONOLITISMO PARCIAL O TOTAL ENTRE LA

SUPERESTRUCTURA E INFRAESTRUCTURA.

PUENTE INTEGRAL: SI EL MONOLITISMO ES TOTAL.

PUENTE SEMI-INTEGRAL: SI EL MONOLITISMO ES PARCIAL.


2.2 RESEÑA HISTORICA:

• A LO LARGO DEL SIGLO XIX Y HASTA MEDIADOS DEL SIGLO XX, ERA FRECUENTE EL DISEÑO DE PUENTES SIN JUNTAS Y SIN APARATOS DE APOYO ENTRE TABLERO

Y PILAS.

• AL INTRODUCIR LAS VIGAS DE ACERO Y PRETENSADO, LAS DEFORMACIONES DE LOS TABLEROS DE PUENTES AUMENTARON DE FORMA RELEVANTE, LO QUE

OBLIGÓ A INTRODUCIR JUNTAS Y APARATOS DE APOYOS. EN LA DECADA DEL 50, EUGENE FREYSSINET INTRODUCE LAS PLACAS DE NEOPRENO ZUNCCHADA

(CAUCHO SINTETICO CREADO EN EEUU POR DUPONT EN LOS AÑOS 30).

• DURANTE LA DECADA DE LOS 50 COMIENZA A DESARROLLARSE EL CONCEPTO DE PUENTE INTEGRAL EN EEEUU, CON EL OBJETIVO DE ELIMINAR LAS JUNTAS Y

APOYOS. DICHOS ELEMENTOS, PRESENTARON FALLAS TEMPRANAS, Y CUYA VIDA UTIL ERA MUY INFERIOR A LA DEL PUENTE., Y QUE REDUNDABA EN ALTOS

COSTOS DE MANTENIMIENTO (EN CHILE OCURRE LO MISMO, CON ALGUNA DIFERENCIA). LOS ESTADOS PIONEROS EN ESTA TIPOLOGIA SON OHIO, TENNESEE,

CALIFORNIA Y OREGON. POSTERIORMENTE, AL INICIO DE LA DECADA DE LOS 90 SE INTRODUCE EL CONCEPTO DE ESTRIBO SEMI – INTEGRAL. ACTUALMENTE, EN

EEUU EXISTEN 9000 PUENTES INTEGRALES Y SOBRE 4000 PUENTES SEMI-INTEGRALES.

• ES INTERESANTE LO QUE DECLARA LA NORMATIVA DEL ESTADO DE TENNESSEE: “EN GENERAL, TODOS LOS PUENTES DEBERAN SER CONTINUOS DE UN EXTREMO

A OTRO. NO EXISTIRAN OTRAS JUNTAS INTERMEDIAS QUE LAS REQUERIDAS DURANTE EL PROCESO DE CONSTRUCCION “. Y AUN MAS , UN INGENIERO DE ESTE

DEPARTAMENTO DECLARÓ: “EN EL DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES DE TENNESSEE, UN INGENIERO PUEDE MEDIR SU CAPACIDAD VIENDO HASTA QUE

LONGITUD LOGRA TENER UN PUENTE SIN NECESIDAD DE COLOCAR JUNTAS DE DILATACION (LOVEALL, 1985).”

• EN EL REINO UNIDO EL INTERES POR LOS PUENTES SIN JUNTAS SE REMONTA A FINALES DE LA DECADA DE LOS 80. EN EL AÑO 1993, FUE CELEBRADO EL

“HENDERSON MEETING”, QUE REUNIÓ A EXPERTOS DE REINO UNIDO, EEUU, HOLANDA, BELGICA ITALIA, FRANCIA, JAPON Y DINAMARCA, BAJO EL LEMA “HACIA

PUENTES SIN JUNTAS”.

• EN ESPAÑA, EL INTERÉS SE INICIA EN EL AÑO 1996. SI BIEN NO ES UNA PRACTICA GENERALIZADA, EXISTEN MUCHO INTERES EN SU APLICACIÓN A FFCC DE ALTA

VELOCIDAD.

• EN JAPON, LOS PRIMEROS PUENTES SIN JUNTAS SE REMONTAN A 1996.

• EN CHILE, EL DESARROLLO SE INICIA EN 2001, Y EL INTERÉS ES RATIFICADO POR EL MOP CON MOTIVO DEL TERREMOTO DE 2010, EN EL CUAL LAS ESTRUCTURAS

INTEGRALES Y SEMI INTEGRALES TUVIERON UN EXTRAORDINARIO COMPORTAMIENTO.


2.3 EJEMPLOS DE DETALLAMIENTO DE ESTRIBOS INTEGRALES Y SEMI – INTEGRALES EN EEUU

(CONCKEL, 2007):

DETALLE TIPO ESTRIBO INTEGRAL DETALLE TIPO ESTRIBO SEMI INTEGRAL


2.4 LIMITACIONES AL USO DE PUENTES INTEGRALES Y SEMI INTEGRALES EN EEUU

(CONCKEL, 20007):

2.4.1 PUENTES INTEGRALES:

• MAXIMA LONGITUD DEL PUENTE CON PILOTES: 80 @ 100 M.

• MAXIMO ESVIAJE: VARIA DESDE 45° PARA PUENTES DE 30 M, HASTA 20° PARA PUENTES DE 90 M.

• LONGITUD RECORD CON VIGAS METALICAS: 200 M.

• LONGITUD RECORD CON VIGAS PRETENSADAS: 350 M.

• DESPLAZAMIENTO MAXIMO LONGITUDINAL ESTRIBOS: 3 CM.

2.4.2 PUENTES SEMI - INTEGRALES:

• LONGITUD MAXIMA DEL PUENTE: 150 M.

• LONGITUD MAXIMA 1 VANO CON VIGA ACERO U HORMIGON: 60 M.

• ESVIAJE MAXIMO PUENTE CON VIGAS METALICAS: 40°

• ESVIAJE MAXIMO PUENTE CON VGAS DE HORMIGON: 45°.

2.5 JUSTIFICACIONES DEL USO DE PUENTES SIN JUNTAS (JOINTLESS BRIDGES):


• A NIVEL MUNDIAL, EL 80% DE LOS PUENTES POSEEN LONGITUDES MENORES A 100 M, LOS CUALES

CALIFICAN PARA SER PUENTES SEMI – INTEGRALES. EN CHILE, ESTE PORCENTAJE ES AUN MAYOR.

• SE ELIMINAN LAS JUNTAS, ELEMENTOS DE FALLA TEMPRANA, REDUCIENDO LOS COSTOS DE

MANTENIMIENTO.

• SE MEJORA LA FUNCIONALIDAD, AL EVITAR LOS GOLPETEOS QUE GENERA EL TRAFICO.

• SE MEJORA DRASTICAMENTE EL COMPORTAMIENTO FRENTE A CATASTROFES. EN PARTICULAR, EN EL

CASO DE SISMOS, SE REDUCE LA POSIBILIDAD DE COLAPSO, ASI COMO EL DAÑO ESTRUCTURAL. ESTE

ASPECTO ES FUNDAMENTAL EN PAISES COMO CHILE. BASTA RECORDAR EL IMPACTO QUE TUVO EL

TERREMOTO 27F2012 CON MOTIVO DEL COLAPSO DE ESTRUCTURAS SOBRE LA RUTA 5 (PS HOSPITAL).

• SE OBTIENEN ESTRUCTURAS MAS ECONOMICAS Y MAS SEGURAS (ESTE PUNTO HA SIDO FUNDAMENTAL EN

EL IMPULSO DE ESTA TIPOLOGIA). LAS UNICAS 2 CONCESIONES URBANAS DE SANTIAGO QUE NUNCA

DEJARON DE OPERAR CASI NORMALMENTE FUERON VESPUCIO SUR Y RADIAL NOR –ORIENTE. ¿POR QUE?:

LA MAYORIA DE LAS ESTRUCTURAS ERAN DEL TIPO INTEGRAL O SEMI – INTEGRAL.


2.6 PRACTICA ACTUAL DE PUENTES SIN JUNTA EN CHILE:

2.4.1 PUENTES INTEGRALES:

• ESTRUCTURAS TIPO PASO SUPERIOR DE 1 VANO CON LOSA IN SITU (LONGITUD MAXIMA 12 M).

• PUENTES DE 1 VANO CON VIGA PREFABRICADA DE HORMIGON ARMADO (LONG. MAXIMA 20 M).

• PUENTES DE 1 VANO CON VIGA PRETENSADA, POSTENSADA O METALICA (LONG. MAXIMA 50 M).

• PUENTES DE 2 VANOS CON LOSA ALIGERADA DE HORMIGON ARMADO (L = 2 x 21 = 42 m).

• PUENTES DE 2 Y 3 VANOS EN VIGA PRETENSADA O METALICA (LONG. MAXIMA 55 M).


PASO SUPERIOR (L=12 M) P.S. AV. DEL VALLE (L=38 M, a=20°) P.I. FROILAN ROA PTE. (L=45 M)

P.I. FROILAN ROA ORTE. (L=45 M) PTE. ESCORIA 2 (L=10 M, EL

TENIENTE) – 1/2

PTE. ESCORIA 2. (L=10 M) – 2/2

(DAÑO POR IMPACTO DE TOLVA)

2.4.2 PUENTES SEMI - INTEGRALES:

• PUENTES DE 2 Y 3 VANOS EN VIGA PRETENSADA O METALICA (LONG. MAXIMA 57 M).

• POST SISMO, EL DEPARTAMENTO DE ESTRUCTURAS DE LA DIVISION DE INGENIERIA DEL MOP,

EMITE LOS “NUEVOS CRITERIOS SISMICOS PARA EL DISEÑO DE PUENTES EN CHILE – VERSION 1 DE

JULIO 2010”, EN EL CUAL SE PUEDE LEER:

• “ PUENTES INTEGRALES-UNION MONOLITICA ENTRE LA LOSA DEL TABLERO Y EL ESTRIBO: EN

PUENTES DE HASTA 2 VANOS, DONDE LA LUZ DE CADA VANO NO EXCEDA LOS 30 M, SE DEBERA

PRIVILEGIAR EL USO DE PUENTES INTEGRALES, EN LOS CUALES EXISTA UNA CONEXIÓN

MONOLITICA ENTRE LA LOSA DEL TABLERO Y EL CORONAMIENTO DEL MURO ESPALDAR DEL

ESTRIBO. EN EL CASO QUE SEA UN PUENTE DE 2 VANOS DEBE EXISTIR CONTINUIDAD DEL

TABLERO SOBRE LA CEPA. SI LA ESTRUCTURA TIENE UN ESVIAJE SE DEBE ANALIZAR CON UN

MODELO FINO DE LA INFLUENCIA DEL ESVIAJE.”

• “CONTINUIDAD DE LOS TABLEROS: SE DEBE EVITAR EL USO DE JUNTAS SOBRE CADA CEPA,

PRIVILEGIANDO EL USO DE LOSETAS DE CONTINUIDAD, CON EL FIN DE EVITAR EL MOVIMIENTO

RELATIVO O CHOQUE DE LOS TABLEROS EN UN EVENTO SISMICO. EN EL CASO QUE EL TABLERO

TENGA UN GRADO DE ESVIAJE, SE DEBE TENER EN CUENTA”

LO ANTERIOR, CORRESPONDE AL RECONOCIMIENTO POR PARTE DE LA AUTORIDAD DEL BUEN

COMPORTAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS INTEGRALES Y SEMI-INTEGRALES DURANTE EL 27F2010.



P.I. RUTA 5 NORTE (NOR-ORIENTE – SUELO 3) COMPORTAMIENTO 27F2010: SIN DAÑOS ESTRUCTURALES


OBRAS INTERESANTES EN ACTUAL CONSTRUCCION (2012):


2.4 DISEÑO DE PUENTES SIN JUNTAS (JOINTLESS BRIDGES):

2.4.1 CONCEPTOS BASICOS:

• SE DEFINEN COMO ESTRUCTURAS ENTERRADAS, ES DECIR, SE ENCUENTRAN INMERSAS EN EL SUELO CIRCUNDANTE, YA SEA DEL

TIPO TERRAPLEN (RELLENO ARTICIFIAL COMPACTADO DE BUENA CALIDAD), O EN SUELOS NATURALES.

• EL MECANISMO DE TRANSMISION DE CARGAS SE REALIZA POR MEDIO DE LA INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA, EL CUAL ES

DE NATURALEZA NO LINEAL. EL SUELO CIRCUNDANTE INTENTA IMPONER LAS DEFORMACIONES DE CAMPO LIBRE QUE SON

PROCAVADAS POR LAS ONDAS SISMICAS.

• EN ESTA CONFIGURACION LA LOSA DEL TABLERO O EL TABLERO MISMO, ACTUA COMO UN PUNTAL ENTRE LOS ESTRIBOS, POR LO

CUAL SE LE DENOMINA PUENTE PUNTAL (ACUÑADA POR LA MECANICA DE SUELOS).

• DEBIDO A LA CONTINUIDAD DE LA LOSA CON LOS ESTRIBOS, ES NECESARIO EVALUAR DE FORMA ADECUADA LAS

DEFORMACIONES IMPUESTAS TALES COMO: TEMPERATURA, RETRACCION Y FLUENCIA (EFECTOS REOLOGICOS).

2.4.2 MODELACION SISMICA DE ESTRUCTURAS ENTERRADAS:

• EN EL AÑO 1969 T. KAUSEL PROPUSO UN MODELO SISMICO PARA EL DISEÑO DEL METRO DE SAN FRANCISCO (EARTHQUAKE

DESIGN CRITERIA FOR SUBWAYS, ASCE).

• A PARTIR DEL AÑO 1971, DICHO METODO FUE APLICADO PARA EL DISEÑO DEL METRO DE SANTIAGO.

• EL MODELO SISMICO FUE INCORPORADO EN LA EDICION DE 2001 DEL MANUAL DE CARRETERAS.

• PREVIAMENTE A LA PRESENTACIÓN FORMAL DE ESTE METODO EN 2001, SE APLICABAN LOS EMPUJES DE MONONOBE Y OKABE

PARA ESTRABLECER LAS SOLICITACIONES EN ESTRUCTURAS ENTERRADAS, LO CUAL ARROJABA DISEÑOS MUY CONSERVADORES.

• A PARTIR DE 2003, Y CON MOTIVO DE LA CONCESION VESPUCIO SUR, SE EXTIENDE EL METODO A ESTRUCTURAS TIPO PASO

INFERIOR DE 3 VANOS (R. CAMPOS Q, 2003), ESPECIFICAMENTE EL PASO INFERIOR QUILIN (ROTONDA QUILIN).

• POSTERIORMENTE EL METODO DENOMINADO CINEMATICO HA TENIDO AMPLIA ACEPTACION POR LOS DISEÑADORES DE PUENTES,

Y CORRESPONDE HOY EN DIA UN ESTANDAR EN EL DISEÑO DE ESTRUCTURAS ENTERRADAS O EN EL CASO DE PUENTES

“JOINTLESS BRIDGES”.


Feq deq

MODELO CINEMATICO APLICADO A UN PASO SUPERIOR DE 1 VANO (MARCO)


MODELO CINEMATICO APLICADO A UN PASO INFERIOR DE 2 VANOS (DEF. CAMPO LIBRE)

CARACTERISTICAS DEL METODO:

* FUERZAS SISMICAS FINALMENTE INTRODUCIDAS A LA ESTRUCTURA DEPENDEN

DE SU RIGIDEZ.

* LA RIGIDEZ DEBE SER SUFICIENTE COMO PARA QUE LAS DEFORMACIONES SEAN

TOLERABLES PARA LAS CONDICIONES DE SERVICIO.


2.4.3 MODELACIONES ALTERNATIVAS DE ESTRUCTURAS ENTERRADAS: ANALISIS DINAMICO NO LINEAL

Ramberg-Osgood hysteretic curve

Elastic – plastic model

ELEVACION PUENTE INTEGRAL

MODELO FRAME PARA ANALISIS DINAMICO NO LINEAL (HISTORIA-TIEMPO)

3.- UN CASO REAL: PUENTE IBAÑEZ – INGENIERIA QUE VIENE


3.1 COMENTARIOS PREVIOS:

• PRODUCTO DEL BUEN COMPORTAMIENTO DE PUENTES SEMI – INTEGRALES, ES NATURAL CONTINUAR

EXTENDIENDO SU UTILIZACION EN ESTRUCTURAS CADA VEZ DE MAYOR ENVERGADURA.

• SE CUENTA CON METODOS DE DISEÑO PRACTICO QUE PUEDEN SER VERIFICADOS CON MODELOS

SOFISTICADOS NO LINEALES. ES DECIR, SI BIEN CONTAMOS CON EL METODO CINEMATICO, PODEMOS

COMPLEMENTAR CON MODELOS DINAMICOS NO LINEAES QUE NOS PERMITE ASEGURAR QUE LA

ESTRUCTURA SE COMPORTARA ADECUADAMENTE.

• CONTAMOS CON NORMAS QUE NOS PROVEEN ANALISIS FINOS DE LOS EFECTOS REOLOGICOS, QUE SI BIEN

SON DE COMPLEJA EVALUACION MANUAL, NOS PERMITEN ACERCARNOS AL PROBLEMA. ADEMAS, EXISTEN

SOFTWARE COMERCIALES QUE INCORPORAN ANALISIS EVOLUTIVO DE LOS EFECTOS REOLOGICOS (MIDAS,

CSI BRIDGE, ETC…).

• LA AUTORIDAD (MOP), ESTA ABIERTA A CONTINUAR EXPANDIENDO ESTA TIPOLOGIA, POR LO CUAL LA

INTERACCION O LOS PROCESOS DE APROBACION SON RAZONABLEMENTE RAPIDOS.

3.2 PROPOSICION PARA EL NUEVO PUENTE IBAÑEZ (CONCEPCION)


ELEVACION VIRTUAL PUENTE IBAÑEZ L = 4X20 = 80 M

– SIN JUNTAS

ELEVACION VIRTUAL PUENTE IBAÑEZ

TABLERO CONTINUO – VIGAS ISOSTATICAS


ELEVACION VIRTUAL CEPAS PUENTE IBAÑEZ

PILAS – PILOTE 1.2 M DE DIAMETRO.

ELEVACION VIRTUAL LATERAL PUENTE IBAÑEZ

ESTRIBOS CON BATERIA DE PILOTES


3.3 DESCRIPCION ESTRUCTURA:

• SE PROPONE UN PUENTE DE 80 M SIN JUNTAS, CONFORMADO POR 4 VANOS DE 20 M (EXIGENCIA HIDRAULICO DEBIDO

AL PUENTE EXISTENTE – CEPAS EN LINEA).

• LA INGENIERIA TRADICIONAL, ESTABLECERÍA CONTINUIDAD DE LA LOSA DEL TABLERO SOBRE CEPAS, PERO JUNTAS

EN ESTRIBOS. DE ACUERDO A LAS CARACTERISTICAS DE SOCAVACION DE ESTA ESTRUCTURA, SERIA NECESARIO

DESARROLLAR ANALISIS DINAMICOS MODAL ESPECTRAL. EL RESULTADO PROBABLE SERIA UTILIZAR PILOTES DE 1.5

M DE DIAMETRO EN CEPAS Y ESTRIBOS, Y PROBABLEMENTE BATERIA DE PILOTES EN CEPAS Y NO PILAS-PILOTE.,

INCREMENTANDO EL COSTE DE LA OBRA. ADEMAS, SERÍA NECESARIO UTILIZAR FACTORES R DE REDUCCION DE LA

RESPUESTA ENTRE 2 Y 3 (DEPENDIENDO DE LA INFLUENCIA DEL CORTE MINIMO), LO CUAL IMPLICA ACEPTAR DAÑOS

EN CEPAS (CORRIMIENTOS PERMANENTES, AGRIETAMIENTO).

• LA INGENIERIA PROPUESTA CONSTA DE VARIAS ETAPAS: 1) MODELACION 3D DE LA ESTRUCTURA; 2) APLICACIÓN

METODO CINEMATICO EN LA DIRECCION LONGITUDINAL, IMPONIENDO LA DEFORMACION DE CAMPO LIBRE ASOCIADA

A SUELO TIPO 3 Y ZONA SISMICA 3; 3) DESARROLLO DE MODELOS ELASTICOS LINEALES EN LA DIRECCION

TRANSVERSAL QUE PERMITAN CAPTURAR EL COMPORTAMIENTO DE LAS CEPAS; 4) FINALMENTE DESARROLLO DE UN

MODELO DINAMICO NO LINEAL HISTORIA-TIEMPO EN LA DIRECCION LONGITUDINAL.

• PARA LLEVAR ACABO LAS MODELACIONES COMPLEJAS, SE UTILIZARÁN DOS SOFTWARE: SAP2000 V14 Y CSI BRIDGE.

ESTE ULTIMO ESPECIALIZADO EN PUENTES, INCORPORA HERRAMIENTAS DE ANALISIS EVOLUTIVO DE LOS EFECTOS

REOLOGICOS.

• LOS EFECTOS REOLOGICOS SE DESARROLLAN DE ACUERDO A 3 NORMATIVAS: AASHTO LRFD 2010, CEB-FIP 1990,

(MODEL CODE), ACI 209.

3.4 RESULTADOS PRELIMINARES:

• LOS EFECTOS REOLOGICOS SUMADOS COMO UNA CONTRACCION, IMPLICAN OBTENER

TRACCIONES EN LOS PILOTES TRASEROS DE LOS ESTRIBOS, CONDICION QUE DEBE SER

CONTROLADA.

• EN LA DIRECCION TRANSVERSAL, LAS CEPAS TOMAN CARGAS RELATIVAMENTE IMPORTANTES,

POR LO CUAL ES CONVENIENTE INTRODUCIR UN FACTOR R, PERO LIMITADO. LA NORMA NOS

PERMITE USAR R = 4, PERO SE HA PROPUESTO USAR UN R MAXIMO DE 2, OBTENIENDO AUN UNA

ESTRUCTURA ECONOMICA.

• LAS MODELACIONES SISMICAS PERMITEN RATIFICAR EL USO DE PILAS PILOTE EN CEPAS,

REDUNDANDO EN UNA IMPORTANTE ECONOMIA PARA LA OBRA, LO CUAL RESULTA MUY

ATRACTIVO PARA EL MANDANTE.


3.5 CONCLUSIONES FINALES:

• COMO CONCLUSION FINAL A LOS TEMAS EXPUESTOS, RESULTA INTERESANTE RESUMIR LA

FILOSOFIA DE DISEÑO DETRÁS DE LOS PUENTES SIN JUNTAS, LA CUAL SE EXPONE A

CONTINUACION:

“ES EL OBJETIVO FINAL DISEÑAR ESTRUCTURAS EXTREMADAMENTE TOLERANTES A LAS

DEFORMACIONES, AUNQUE SU RESISTENCIA SEA SUPERADA”.

• FINALMENTE, ES IMPORTANTE DESTACAR QUE PARA EL CASO DE MEGA TERREMOTOS, EL DAÑO O

COLAPSO DE LOS PUENTES, SE ENCUENTRA CORRELACIONADO DE MEJOR FORMA CON EL

DESPLAZAMIENTO ULTIMO DE LAS ESTRUCTURAS. ESTO HA LLEVADO AL DESARROLLO DE

METODOS EXPLICITOS POR DEFORMACION (AASHTO LRFD 2009).



CHILE: HACIA PUENTES SIN JUNTAS – LO QUE VIENE

GRACIAS.

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