Este documento proporciona las bases para proyectar un puente estándar resistente a sismos de acuerdo con reglamentos y manuales vigentes. Explica los criterios de diseño sísmico para las diferentes partes de un puente como la superestructura, las pilas, los apoyos y las juntas. Se describen métodos como el análisis estático lineal y dinámico lineal para determinar los desplazamientos y fuerzas sísmicas. El diseño de pilas se basa en su capacidad de desplazamiento y ductilidad

1. Diseño sísmico de
puentes
ALUMNO: LUIS ALONSO CEJA VELAZCO
INGENIERÍA SÍSMICA
ENFOQUE DIDÁCTICO

2. Objetivo
 Informarle al receptor las bases y lo necesario sobre las formas de
proyectar un puente estándar resistente a sismos, con la ayuda de
reglamentos y/o manuales vigentes.

3. Puente
 Estructura que forma parte de caminos, carreteras y líneas férreas y
canalizaciones, construida sobre una depresión, rio, u obstáculo de
cualquier tipo

4. Partes de los puentes
 Superestructura (tableros, armaduras, riostras, etc)
 Infraestructura (pilas, cimientos, estribos, etc.)

6. Criterio de diseño

7. Clasificación de los puentes según su
destino
 Grupo B: puentes comunes
 Grupo A: puentes que deben
seguir en función después de
temblores.

8. REGLAMENTO O MANUAL CLASIFICACION FACTOR DE IMPORTANCIA
Grado A - Grado de seguridad alto 1.5
Grado B - Grado de seguridad Intermedio 1
Puentes criticos 1
Puentes esenciales 1
Otros puentes 1
Puentes esenciales 1
Otros puentes 1
Mayor que el promedio 1.3
Promedio 1
Menor que el promedio 0.7
Puentes importantes 1.3
Puentes secundarios 1
Puentes principales 1
Puentes secundarios 1
Grupo A - grado de seguridad alto 1.5
Grupo B - Grado de seguridad intermedio o bajo 1
RCDF - 1993
CFE - 2008
ASSHTO-LRFD - 1994
ASSHTO - 1996
EUROCODIGO - 1994
NZ - 1994
ATC - 32

9. Filosofía de diseño
 Se proponen dos niveles de estados límites para el diseño sísmico de los
puentes:
 El nivel de servicio
 El nivel de prevención del colapso

10. Efectos combinados de los
movimientos del terreno
 Los efectos resultantes en las dos direcciones ortogonales, tales como
desplazamientos y elementos mecánicos, se combinarán empleando la raíz
cuadrada de la suma de los cuadrados.
RS = √(RSX
2 + RSY
2)
 Debido a que algunas estructuraciones de puentes son capaces de ser
afectados por movimientos verticales, el valor que se toma en cuenta es de
2/3 del valor de la componente horizontal mayor.

11. Corrección por amortiguamieto y
sobrerresistencia
 Si se da el caso que se utilizan aisladores en la base del puente, se produce
un incremento en la capacidad de disipación de energía, lo que provoca una
modificación en el espectro de diseño.

15.  Si se da el caso en que no se tienen datos suficientes, se sugiere tomar
los valores de la siguiente tabla para los porcentajes de
amortiguamiento de los principales componentes estructurales. Tomar
en cuenta que no se permite que ζsis > 30% en ningún caso.
 Se aplicará un factor de sobrerresistencia (FR) para reducir las
ordenadas espectrales. Se recomienda usar un valor de FR=1.5

16. Métodos de análisis

17. Análisis estático lineal (AEL)
 Método para calcular las demandas de desplazamiento y de fuerza en
estructuras donde el análisis dinámico no proporcione información adicional
significativa sobre el comportamiento.
 Adecuado para puentes que su forma de reaccionar en su primer modo de
vibrar es fundamental.

18. Requisitos de un puentes común
 El terreno de cimentación tiene un factor de sitio menor o igual a 1.5
 El puente tiene eje longitudinal recto o con curvatura horizontal reducida.
 Existe simetría transversal respecto al centro del claro.
 No hay cambios bruscos de rigidez y masa en los apoyos, exceptuando los
estribos.
 El ángulo de esviajamiento es menor que 15 grados.
 El ancho de la superestructura es igual o mayor que un cuarto del claro entre
apoyos.
 Los claros entre apoyos son menores que 50 m.
 En puentes continuos que tengan menos de cinco claros.

20. Desplazamiento y fuerza horizontal
estática equivalente Ps
 Las demandas de desplazamiento se obtienen del espectro de diseño de
desplazamientos, en función del periodo fundamental de la estructura.
 Para la revisión por resistencia, se considera para cada dirección de análisis, el
efecto de una fuerza horizontal estática equivalente Ps, aplicada en el centro de
gravedad de la superestructura.
Ps = kp * xmax
Donde:
kp: es la rigidez secante de la pila
xmax: es el desplazamiento máximo, correspondiente al estado límite con el que se
diseña

21. Análisis dinámico lineal (ADL)
 Se lleva a cabo para saber las demandas de
desplazamiento y de fuerza en cualquier
puente estándar, y se debe utilizar en casos en
que no se satisface alguno de los requisitos
descritos en el AEL.
 El Método dinámico lineal se lleva a cabo
mediante un análisis modal espectral.

22. Análisis estático no lineal (AENL)
 También conocido como el método del empujón, se desarrolla para determinar
la cantidad de desplazamiento que alcanza un puente hasta llegar a la formación
del mecanismo de colapso y consiste en analizar la estructura bajo carga
gravitacional constante y cargas laterales monótonas crecientes que representan
los efectos sísmicos horizontales.

23. Método paso a paso
 Sirve para obtener la respuesta temporal de la estructura al integrar las
ecuaciones de movimiento. La acción sísmica se toma como un conjunto de
registros temporales de movimientos del terreno, de dos o tres componentes,
aplicados en los apoyos del modelo.
 Este método debe utilizarse para puentes de especial importancia y, si se desea,
puede usarse para puentes comunes. Además, ayuda a determinar la respuesta
inelástica del modelo para comparar las ductilidades locales requeridas y las
disponibles

24. Diseño de pilas

25.  El diseño de las pilas es un procedimiento de diseño basado en los
desplazamientos. Basándolo en ellos, se mejora la fiabilidad en el proceso de
diseño, ya que se relaciona más directamente la respuesta y el
comportamiento que se espera de la estructura.

26.  Se pretende que el tablero y el resto de los elementos que conforman la
superestructura del puente se mantengan dentro del límite elástico, y
que las columnas sean las responsables de disipar la energía que le llega
al puente a través de la rotación de las articulaciones plásticas.

27. Demanda de desplazamientos
 Para determinar las demandas de desplazamiento sobre el puente como un sistema
global o de alguno de los módulos o elementos individuales que lo forman, deberá
considerarse la flexibilidad y disipación de energía de la estructura, de los apoyos y
de la interacción suelo–estructura, dándose el caso que su contribución a la
respuesta global del sistema sea significativa

32. Capacidad de desplazamiento de las
pilas
 Se obtiene de su capacidad de rotación, obtenida a partir de la relación momento
– curvatura de la sección donde se predice la formación de la articulación plástica.

34. Ductilidad de desplazamiento
 La demanda de ductilidad para las pilas de concreto no debe de exceder los
valores indicados en la tabla a continuación:

35.  La capacidad de ductilidad para pilas que no se comportan como
voladizos puede calcularse a partir de un elemento equivalente como se
muestra a continuación:

38. Demanda y capacidad de resistencia
 Además de cumplir con los requisitos de desplazamiento, la estructura debe
revisarse para que pueda resistir las fuerzas que se generan cuando se diseña
para el estado límite de colapso, es decir, antes de que se forme el número de
articulaciones plásticas necesario para que se produzca un mecanismo de colapso

40. Condiciones de diseño para fallas de
tipo fragil
 Las fuerzas cortantes y momentos flexionantes en las pilas, formadas en las
articulaciones plásticas, se obtendrán utilizando un factor de sobreresistencia
FR=1.5 que se aplicara al momento plástico de diseño de la sección como se
muestra a continuación:

41. Masa adherida en pilas sumergidas
 Si las pilas están sumergidas, se recomienda que se realice
un estudio del efecto de la interacción hidrodinámica. Este
efecto se calcula con un resultado aproximado incluyendo
una masa adherida de agua por unidad de longitud de pila
sumergida.

45. Diseño de otros
elementos

46. La superestructura
 Comúnmente la superestructura contiene los elementos críticos de puentes estándar
para las acciones de tipo sísmico. Por esto mismo, las articulaciones plásticas deben
desarrollarse en las pilas del puente y la superestructura se debe mantener en el
intervalo elástico.

47.  Se colocarán diafragmas transversales entre vigas, en los extremos de los claros.

48.  Las secciones cajón son apropiadas para el diseño sísmico cuando se considera una
conexión monolítica entre pilas y superestructura.

49. Apoyos

50.  Los apoyos deberán diseñarse para soportar las
cargas verticales y horizontales que puedan
presentarse.
 Se pueden colocar apoyos que permiten la rotación
únicamente, o aquellos que permiten
desplazamientos laterales en una o más direcciones

51.  Deberá tomarse en cuenta la fuerza horizontal que los apoyos son
capaces de transmitir para el diseño de la superestructura y la
subestructura. La fuerza horizontal depende del diseño del apoyo y de
la restricción debida a la existencia de topes sísmicos.

52.  El número, forma y dimensiones en planta de los apoyos de hule se
determinan según las cargas verticales, mientras que el espesor se define
a partir del desplazamiento lateral máximo y del periodo de vibración. Se
debe determinar la rigidez lateral que deben tener los apoyos, según la
carga lateral que impacte sobre el puente. El periodo de vibración lateral
del apoyo Ta se calcula por:

53.  El amortiguamiento de los apoyos de hule laminados se puede suponer
igual al 5% del crítico. El desplazamiento del apoyo de hule máximo
permitido Δb es:
 Si se pierde apoyo, se puede impedir la circulación de vehículos sobre el
puente, por lo que se recomienda el uso de topes sísmicos y/o
dispositivos que limiten el movimiento longitudinal y transversal del
puente como segunda línea de defensa.

54. Juntas de expansión

55.  Estos elementos permiten el movimiento de la superestructura, y al
mismo tiempo evitar el golpeteo entre elementos o módulos del
puente al producirse un sismo. Además, permiten que el puente o
cada módulo vibren de manera independiente durante un temblor

56.  En el cálculo de la dimensión mínima de la junta de expansión Δs se
considera, el desplazamiento longitudinal por sismo de ambos
módulos del puente unidos por la junta, mediante la siguiente
ecuación:

57.  Se tomará en cuenta que la junta puede estar en el extremo de un
tablero o en algún apoyo intermedio. Si la junta se localiza sobre un
estribo, entonces Δs2 = 0 y Δs = Δs1:

58. Video

59. Longitud mínima de
asiento

60.  Si los distintos componentes o módulos del puente vibran fuera de fase, es posible
que se presenten grandes desplazamientos relativos; por tal motivo debe
proporcionarse una longitud suficiente de asiento para evitar la caída de la
superestructura

61. Topes sísmicos

62.  El tope sísmico se dimensiona para que resista simultáneamente una fuerza
cortante Ps y el momento flexionante asociado a ella, que actúa en la interfaz
entre ménsula y cabezal

63. Restricción del
movimiento
longitudinal en las
juntas

64.  La protección primaria debe proporcionarse mediante una longitud
adecuada de asiento y considerar estos dispositivos como un
sistema de protección secundario para evitar la pérdida de apoyo.

66. Método de CALTRANS
1. Se calcula la longitud del dispositivo (cable), su deflexión máxima permisible y la
deflexión límite del bastidor.
2. Calcular la longitud máxima de desplazamiento del terremoto en ambos lados de la
unión de la superestructura que se va a considerar.

67. 3. Comparar los desplazamientos mencionados en el paso 1 y 2 y
tomar el caso más desfavorable.
4 . Determinar el número de dispositivos de restricción totales que se
requieren para satisfacer dicho caso.

68. 5. Revisar la deflexión del sistema de restricción y revisar la restricción
y/o la rigidez asumida de la columna si es necesario. Se pueden
repetir los pasos del 1 al 5 si es necesario.

69. Método de AASHTO
1. Determinar la fuerza de enlace longitudinal como el producto del coeficiente de
aceleración en el sitio del puente (en términos de g) y el peso del claro que se
tiene en consideración.
2. Determinar el número de dispositivos de restricción al dividir el área del
dispositivo requerido entre el área de un dispositivo que se tiene a disposición.

70. Puente libramiento Ensenada

76. Referencias
 American Association of State Highway and Transportation Officials. (1996). Standard Specifications for Highway
Bridges. New York: AASHTO.
 Ayud, A. E., Garcia, F. A., & al, e. (2008). Manual de diseño de obras civiles, diseño por sismo. Mexico: Comision
Federal de Electricidad.
 California Department of Transportation. (1989). Bridge Design Aids. California: CALTRANS.
 Caltrans. (2004). Seismic Design Criteria. Caltrans, 97.
 European Committee for Standardization. (2003). Eurocode 8: Design of Structures for Earthquake Resistance.
Part 2:Bridges. Eurocódigo 8, 137.
 Jara, M., & Casas, J. R. (2002). Criterios de diseño de puentes con aisladores y disipadores de energía.
Monografias de Ingenieria Sismica, 115.
 Plasencia, J. E. (1998, Enero 06). Cosas basicas. Retrieved from Galeon.com:
http://puentes.galeon.com/cosasbas/cosasbasicas.htm
 Porto, J. P., & Merino, M. (2008). Definicion de diseño. Retrieved from Definicion.DE:
http://definicion.de/diseno/
 Porto, J. P., & Merino, M. (2010). Definicion de sismo. Retrieved from Definicion.DE: http://definicion.de/sismo/
 Porto, J. P., & Merino, M. (2012). Definicion.DE. Retrieved from Definicion de puente:
http://definicion.de/puente/
 Reza, E. O., Dominguez, B. G., & al, e. (2015, Julio). Manual de diseño de obras civiles. Mexico D.F, Mexico.
 Vlassis, A. G., Maragakis, E. M., & Saiidi, M. S. (2000). Experimental evaluation of seismic performance of bridge
restrainers. Reno: MCEER.

77. Gracias