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Sismica
Proteccin Ssmica de
Puentes
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Sismica
Agenda
Proteccin Ssmica en Puentes
Aislacin SsmicaDisipacin Ssmica mediante STU
Disipacin Ssmica mediante VD
Amortiguador de Masa Sintonizada TMD
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Sismica
Proteccin Ssmica en Puentes
Aislacin SsmicaDisipacin Ssmica mediante STU
Disipacin Ssmica mediante VD
Amortiguador de Masa Sintonizada TMD
Agenda
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Sismica
Proteccin Ssmica de
Puentes
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Sismica
- Los apoyos son puntos donde podemos actuar para
definir la respuesta de nuestra estructura
- Permiten o restringen grados de libertad de
desplazamiento y/o velocidades
- Los desplazamientos son fuentes de disipacin
Proteccin Ssmica de
Puentes
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Sismica
- Apoyos
- Aislacin
- Dispositivos de Control Dinmico
BufferAmortiguadores Viscosos
AMS
Disipadores Histerticos
Proteccin Ssmica de
Puentes
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Sismica
Planos de Apoyo
- Es la combinacin de apoyos que juntos
proveen el movimiento y la transmisin
de fuerzas
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Sismica
Puentes con pequea curvatura en elplano (Arreglos tangenciales de los
apoyos guiados)
Ejemplos de Planos de
Apoyo
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Sismica
Ejemplos de Apoyos
Especiales
i i
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Sismica
Ejemplos de Apoyos
Especiales
Si i
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Sismica
Apoyos con Unidad deTransmisin de Choque (STU)Apoyos deslizantes acoplados con
transmisores de choque (tambin
conocidos como dispositivos de cierre). En
caso de movimiento repentinos, talescomo choques ssmicos, el transmisor de
choque previene el movimiento relativo de
los elementos del apoyo que conecta, y
as temporalmente transforma el apoyo de
deslizante a fijo en la direccin deseada.
Ejemplos de Apoyos
Especiales
Si i
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Sismica
Diseo ssmico convencional:
Se requiere que columnas soporten cargas
por gravedad y por sismo, adems de disiparenerga, sin colapsar
1Demanda
CapacidadFS
Antecedentes
Si i
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Sismica
Diseo Convencional:
Aumentar Capacidad
Si i
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Sismica
Diseo Convencional:
Aumentar Capacidad
Si i
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Sismica
Proteccin Ssmica en Puentes
islacin SsmicaDisipacin Ssmica mediante STU
Disipacin Ssmica mediante VD
Amortiguador de Masa Sintonizada TMD
Agenda
Si i
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Sismica
Diseo alternativo: en lugar de aumentar la capacidad, sedisminuyen las solicitaciones (ssmicas) mediante
aislacin
Diseo Alternativo:
Disminuir Demanda
Si i
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Sismica
Idea Bsica del Sistema de
Aislacin
Aislar el puente del movimiento del suelo. Cmo? Insertando un sistema flexible de apoyos entre la superestructura y la
subestructura (apoyos aislantes)
Esto aumentar el periodo natural del puente, de tal forma que las
fuerzas inerciales de ste se vean reducidas de manera significativaLa reduccin en la solicitacin puede ser suficiente para mantener las
columnas en el rango elstico
Controlar la vivacidad del puente (con apoyos flexibles) usando
disipadores de energa para limitar el movimiento
Si i
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Sismica
Punto clave en Aislacin
Ssmica
Aislacin ssmica reduce la demanda en el puente, en lugar de
incrementar la capacidad del puente
En muchos casos la reduccin es tal que puede llegar a ser
factible tener subestructuras que se hallan en el rango elstico
Si i
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Sismica
Principios de Aislacin
Ssmica
El aumento del periodo del puente reduce la demanda en el espectro deaceleracin
Pero tambin aumenta la demanda en el espectro de desplazamientos.
Si i
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Sismica
Principios de disipacin
La disipacin de energa disminuye la demanda tanto en elespectro de aceleracin como en el espectro de desplazamientos
Si i
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Sismica
La mayora de los sistemas de aislacin ssmica comprometen:
Flexibilidad
Disipacin de energa
Rigidez para cargas no ssmicas
Capacidad autocentrante
Los criterios anteriores implican que todos los sistemas de aislacin
ssmica tiene propiedades no lineales. Excepciones existen, pero son
inusuales
Principios de Aislacin
Ssmica
Sismica
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Sismica
Modelo no lineal:
Qd = Resistencia caracterstica
Fy = Tensin de fluencia
Fisol = Fuerza lateral del aislador
Kd = Rigidez post elstica
Ku = Rigidez elstica
Kisol = Rigidez efectiva
disol = desplazamiento del aislador
Principios de Aislacin
Ssmica
Sismica
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Sismica
Dispositivos
AISLADORES
ELASTOMRICOS
AISLADORES ELASTOMRICOS
CON NCLEO DE PLOMO
Sismica
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Sismica
Sismica
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Sismica
Sismica
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Sismica
Dispositivos
AISLADORES DE PNDULO FRICCIONAL SIMPLE
Sismica
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Sismica
Dispositivos
AISLADORES DE PNDULO FRICCIONAL DOBLE
Sismica
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Sismica
Funcionamiento equivalente al
funcionamiento del pndulo
El perodo T
no depende de la masa
Dispositivos
Sismica
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Sismica
Sismica
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Sismica
Slo algunos modos son aislados, por lo que se genera un espectro
mixto o compuesto (otros modos siguen con amortiguamiento usual
de 5%)
Principios de Aislacin
Ssmica
Sismica
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Sismica
Puentes no adecuados para
Aislacin
Aquellos puentes que se encuentren en suelos blandos no son aptos para
este tipo de sistemas de aislacin, debido a que sus espectros estn
corridos hacia la derecha, por lo que el sistema de aislacin podra incluso
aumentar la demanda.
Sismica
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Sismica
Puentes con pilares (piers) largos y flexibles, los cuales ya
tienen periodos largos y por ende muy poco beneficio se
obtiene con aislacin.
Puentes no adecuados para
Aislacin
Sismica
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Sismica
Los puentes ms adecuados para colocar aislacin son aquellos
que:
Se encuentran en sitios con suelos duros
Tienen subestructuras relativamente rgidas (columnas cortas o
medianas, por ejemplo)
Superestructura continua
Estribos (contrafuertes) tipo asiento.
Puentes adecuados para
Aislacin
Sismica
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Sismica
Diseo del sistema
Proceso de 3 pasos:
Determinar el criterio de desempeo requerido
Determinar las propiedades del sistema de aislacin
(rigideces, fluencia, etc.) para alcanzar el desempeo requerido
usando uno o ms mtodos de anlisisSeleccionar tipo de aislador y disear el sistema para alcanzar
las propiedades requeridas del sistema (rigideces, fluencia, etc.)
usando algn procedimiento racional de diseo
Sismica
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Sismica
Criterios de desempeo
Usualmente definidos por el mandante/dueo
Ejemplos incluyen:
No sobrepasar corte basal de diseo
Columnas en rango elstico
No sobrepasar desplazamientos longitudinales en superestructuraComportamiento elstico para el mayor sismo considerado
Dao reparable en el mayor sismo considerado, pero sin colapso
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Sismica
Mtodos de anlisis
Algunos mtodos de anlisis:
Mtodo Simplificado (Simplified Method)
Mtodo Unimodal Espectral (Single Mode Spectral
Method)
Mtodo Multimodal Espectral (Multimode Spectral
Method)
Mtodo Tiempo-Historia (Time History Method)
Sismica
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Sismica
Mtodos de anlisis para
puentes aislados
Puentes con aisladores no lineales pueden ser analizados
usando mtodos lineales siempre y cuando las propiedades
equivalentes sean usadas.
Rigidez equivalente
Amortiguamiento equivalente, basado en la energa disipada
en el ciclo histertico de los aisladores
Sismica
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Sismica
Proteccin Ssmica en Puentes
Aislacin SsmicaDisipacin Ssmica mediante STU
Disipacin Ssmica mediante VD
Amortiguador de Masa Sintonizada TMD
Agenda
Sismica
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Sismica
Amortiguador Hidrulico
Buffer)
Sismica
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Sismica
Unidades de Transmisin
de Shock STU)
Las STU son restricciones temporales que:
Permiten desplazamientos a velocidades pequeas (por
ejemplo, debido a temperatura) con una fuerza de reaccin muy
pequea (menos de un 10% de la fuerza mxima)
Previenen desplazamientos a grandes velocidades (por
ejemplo, debido a un sismo) reaccionando con la fuerza de
diseo, es decir, comportndose como un apoyo fijo bajo
excitaciones dinmicas.
Sismica
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Sismica
La tpica ley constitutiva usada es el
modelo viscoelstico de Maxwell.
kxF
xC
F
xkC
FkF
resortedelecuacinlaobtienesegrandemuyesCCuando
ientoamortiguamdeexponente
entodesplazamiientoamortiguamdeecoeficient
fuerza
1
Unidades de Transmisin
de Shock STU)
Sismica
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Sismica
F
velocidad
ientoamortiguamdeecoeficient
fuerza
2
V
C
F
VCF
0
10
20
30
40
50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
V
Comportamiento de las STU
Sismica
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Sismica
Puente atirantado
Stonecutters Hong Kong)
Sismica
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Sismica
mm400s
(ULS)kN24000F
(SLS)kN8000F
shockderestransmiso8
u
Puente atirantado
Stonecutters Hong Kong)
Sismica
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Sismica
Requerimientos Tcnicos
del Amortiguador
Hidrulico buffer)
m/s1020010activacindeVelocidad
5rtulasenmximaRotacinmm400servicioenmximoentoDesplazami
kN24000estticaRuptura
kN8000unidadpormximaaxialCarga
:velocidadvsFuerzavaconstitutiLey
55-
2
VCF
Sismica
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Sismica
Esquema del Amortiguador
Hidrulico buffer)
Sismica
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Sismica
Amortiguador Hidrulico
buffer)
Sismica
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Sismica
Amortiguador Hidrulico
buffer)
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Sismica
Amortiguador Hidrulico
buffer)
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Sismica
Amortiguador Hidrulico
buffer)
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Sismica
Aparejo de prueba de 10000kN de capacidad
Amortiguador Hidrulico
buffer)
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Sismica
Prueba de Presin Esttica
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Sismica
Esta prueba fue llevada a cabo para medir la compresibilidad del
fluido en el cilindro del STU cargado hasta 8000 kN, con las vlvulascerradas.
Prueba de Rigidez
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
S s ca
Esta prueba determina la resistencia a desplazamientos trmicos del
sistema. Esta prueba fue realizada aplicando una velocidad de
traslacin constante al STU del orden de 0.04 mm/s (cuatro veces msgrande que el lmite de 0.01 mm/s del sistema)
Prueba de Carga Esttica
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Esta prueba tiene por objetivo verificar las reacciones de diseo a grandes
velocidades y para diferentes configuraciones de las vlvulas. Fue realizada
aplicando 8000 kN de carga y verificando la correspondiente velocidad de
activacin. Esta prueba fue repetida con posiciones diferentes y con un offsetdel pistn de 250 mm
Prueba de Carga Dinmica
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Amortiguadores listos para
el envo
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Instalacin de los
Amortiguadores
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Amortiguadores Instalados
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Storebltsforbindelsen,Great Belt Fixed Link,
Dinamarca
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Storebltsforbindelsen,Amortiguadores (Buffers)
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Medida de lacompresibilidad del
cilindro hidrulico.
Deformaciones debenser menores al 4% de
la carrera total
Prueba de Rigidez
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
El cilindro hidrulico, el
sistema de tuberasvlvulas, etc., deber ser
mantenido presurizado a
40 MPa por 24 horas.
Prueba de Presin Esttica
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
La prueba deberdeterminar la resistencia
del sistema a
desplazamientos
inducidos por cambios
de temperatura
Prueba de Carga Esttica
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
La prueba deber
verificar las reacciones
mximas a grandes
velocidades
Prueba de Carga Dinmica
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Produccin de los Bufferspara el
Storebltsforbindelsen
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Instalacin de los Bufferspara el
Storebltsforbindelsen
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Instalacin de los Buffers
para el
Storebltsforbindelsen
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Proteccin Ssmica en Puentes
Aislacin SsmicaDisipacin Ssmica mediante STU
Disipacin Ssmica mediante VD
Amortiguador de Masa Sintonizada TMD
Agenda
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Amortiguadores Viscosos
VD
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Comportamiento del
Amortiguador Viscoso
ientoamortiguamdeexponente
velocidadV
ientoamortiguamdeecoeficientC
fuerzaF
donde
VCF
tpicavaconstitutiLey
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
VCF
grandemuyesksi
xkC
FkF
tpicavaconstitutiLey1
Comportamiento del
Amortiguador Viscoso
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Comportamiento del
Amortiguador Viscoso
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Comportamiento del
Amortiguador Viscoso
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Programa de pruebas
HITEC
Un programa de pruebas principal ha sido realizado de acuerdo al
protocolo HITEC en el laboratorio ETEC de Boeing durante el ao 2000.
El protocolo HITEC tiene como objetivo proveer de un programa comn y
completo de pruebas: diferentes tecnologas pueden ser comparadas cuando
son probadas bajo las mismas condiciones.
Los ingenieros estructurales, consultando los resultados, estn plenamente
informados de las leyes constitutivas de los dispositivos y sus variaciones.
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
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Artculos de Prueba T/A)
mm350S
mm/s965V
kN1067F
:5T/A
mm275S
mm/s711V
kN667F
:4&2,3T/A
mm200S
mm/s483V
kN222F
:T/A1
max
max
max
max
max
max
max
max
max
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
Lima - 2015
Comportamiento del
Amortiguador
Sismica
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Proteccin Ssmica de Puentes
CONVIAL
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Principales Resultados de la
Prueba con el Protocolo HITEC
Una reaccin y disipacin de energa estable con un 6% de
variacin mxima en 10 ciclos realizados a mxima fuerza y
mximo desplazamiento de diseo.
Una variacin en la reaccin de un 9% en el rango completo
de temperaturas (-40C hasta 50 C)
Una relacin Fuerza vs. Velocidad predicha con unadesviacin de 15% del diseo terico en cualquier
condicin ambiental
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Puente Rion-Antirion,
Grecia
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Piers entrepaos,
subestructuras)
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Pier de Transicin
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Configuracin de
Amortiguadores Viscosos y
Apoyos
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Amortiguadores Viscosos
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Pruebas en el laboratorio
FIP - Italia
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Pruebas sobre Prototipos,
Laboratorio SRMD, University of
California, San Diego, E.E.U.U.
m0.9Stroke
kN3220F
m/s6.1VkN/(m/s)3000C
VCFuerza
viscoso
oramortiguaddePrototipoAntrion-Rion
max
max
0.15
15.0
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Amortiguadores Viscosos
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Comparacin de Pruebas entre
FIP y UCSD U. California San
Diego)
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Apoyos Fusibles Fuse
Restraints)
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Apoyos Fusibles Fuse
Restraints)
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Apoyos Fusibles Fuse
Restraints)
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Unidades de Produccin:
Amortiguadores listos para
Pruebas
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Amortiguadores Viscosos
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Amortiguadores Viscosos
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Amortiguadores Viscosos
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Amortiguadores Viscosos
Instalacin
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Un terremoto de magnitud Mw=6.5 tuvo lugar el 8 de
Junio de 2008 a las 15:25 hora local
El epicentro se ubic 36 km desde Rion-Antirion, con una
profundidad focal de 31 km
El PGA mximo en la estacin de Pirgos fue 0.194gEl PGA mximo en acelermetros lejos de la costa fue
0.127g
Varias medidas fueron tomadas:
Inspecciones post-terremoto en varios niveles.Procesamiento de datos de monitoreo desde los instrumentos
Monitoreo geomtrico
Anlisis de datos
Trabajos remediales
Terremoto de Aquila- Italia, 8
de Junio, 2008
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Resultados de la Inspeccin:
Puente Principal
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Datos del monitoreo
instrumental
Datos adquiridos desde el sistema WEASHM y el sistema CCTV
despus de un post procesamiento especialProcesamiento de datos de aceleraciones
Correccin por lnea base
Uso de filtros pasa alto con una frecuencia de esquina de 0.2 Hz
Un filtro Buttherworth de 3er orden fue aplicado
Se calcularon las velocidades y desplazamientosSe realiz un post procesamiento del sistema CCTV
Desplazamientos en la plataforma y en los piers principales
La velocidad de los piers principales luego de una derivacin
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Movimiento medido en la
costa
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Desplazamientos Transversales y
Velocidad Estimada de los
Amortiguadores en los Piers Principales
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Comparacin entre pruebas y
EQKE
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Instalacin de apoyos temporales Instalacin de apoyos temporales
Alineamiento de la plataforma Preparacin de la extraccin de los fusibles.
Reemplazo de fusibles
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Fusibles rotos Nuevos fusibles
Limpieza de componentes internos Renovacin de pintura y proteccin.
Reemplazo de fusibles
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Aplicacin de la fuerza
del gateo.
Plataforma de trabajo para el gateo
Mediciones durante la instalacin de los fusibles.
Alineamiento de la
plataforma
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Acercamiento al Rion-
Antirion
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Acercamiento al Rion-
Antirion
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Acercamiento al Rion-
Antirion
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Acercamiento al Rion-
Antirion
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Acercamiento al Rion-
Antirion
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Puente de Erqi, Wuhan 2012) -
China
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Puente Jia Shao, Zhejiang
2012) China
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Pruebas de calidad realizadas en
el laboratorio FIP Industriale con
supervisin del cliente y un
tercero. Mxima velocidad de
200 mm/s
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Puente Han Jia Tuo, Chongqing
2013) - China
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Pruebas de frecuencia
y durabilidad
realizadas en el
laboratorio de la
Universidad de
Guangzhou. Velocidad
mxima de 310 mm/s
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Amortiguador
Viscoso concapacidad de
5.000 kN, y
desplazamiento
de +/- 2.000 mm
Puente Colgante, Baha de
Izmit, Turqua
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Proteccin Ssmica en Puentes
Aislacin Ssmica
Disipacin Ssmica mediante STUDisipacin Ssmica mediante VD
mortiguador de Masa Sintonizada TMD
Agenda
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Aplicacin de AMS en
puentes
AMS: Amortiguadores de masa sintonizada
TMD: Tuned Mass Damper
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Respuesta Dinmica de unSistema con y sin AMS
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Criterios de Diseo
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Descripcin Tcnica
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Descripcin Tcnica
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1200 kg, 1.85 Hz
Ejemplos de usoPuente en Bilbao
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Proteccin Ssmica de Puentes CONVIAL Lima - 2015
1900 kg, 1.16 Hz
Ejemplos de usoPort Tawe - England
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2x4000 kg, 0.55-0.95 Hz
Ejemplos de usoPuente Olympia en Turin
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12x5200 kg, 0.45-0.64 Hz
Adaptativo!
Ejemplos de usoPuente en Wolgograd, Rusia
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2100 kg, 0.45 Hz
Ejemplos de usoChimenea en Ulm
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Conclusiones
El terremoto de Aquila-Italia, estimado con un periodo de retorno de
120 aos, estuvo por debajo del terremoto mximo de diseo (PGA de0.48, periodo de retorno de 2000 aos), pero activ el sistema de
proteccin ssmica.
Las inspecciones post-terremoto verificaron que no se encontraron daos
estructurales y que slo los elementos fusibles del sistema de
amortiguacin requirieron ser reemplazados.El terremoto de Aquila-Italia demostr que el sistema de proteccin
ssmica concebido para el puente principal Rion-Antirion es adecuado para
este propsito.
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La construccin de puentes largos y estratgicamente importantes
requiere que los ingenieros diseadores dirijan sus esfuerzos en los
nuevos problemas y estn abiertos a disear e idear soluciones
avanzadas.
Proyectos recientes de renombre mundial, tales como el puente
StoreBaelt Great Belt (Dinamarca), el Stonecutters (Hong Kong), y el
ms reciente, el Izmit Bay Bridge (Turqua), toman ventaja de los
ltimos avances de la industria en el diseo y manufactura de grandesdispositivos estructurales con parmetros de diseo muy demandantes.
Pruebas a escala completa, y la vida operativa de tales dispositivos en
puentes ya construidos, confirman la confiabilidad de estas tecnologas.
Conclusiones
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Muchasgracias por suatencin!