Este documento discute el comportamiento sísmico de los arriostres transversales en puentes de sección compuesta. Explica que los puentes de acero son más susceptibles a daños durante sismos que los puentes de concreto si no están apropiadamente diseñados. También describe modelos para analizar el comportamiento sísmico de puentes con y sin diafragmas, y concluye que los diafragmas extremos son elementos críticos que deben diseñarse para resistir sismos de manera dúctil.

1. Comportamiento sísmico de
arriostres transversales en
puentes de sección
compuesta
Ing. César Aranís García-Rossell

9. • Los puentes de losa en sección compuesta con
vigas soldadas se considera que se comportan
bien en los sismos.
• En USA la implicancia es en el sentido de
utilizarlos mas frecuentemente en zonas con
actividad sísmica importante.
• Este argumento reconoce el hecho que muy
pocos han colapsado en los sismos en USA en
contraste con el comportamiento de los puentes
de concreto

10. • En los últimos años a raíz de los sismos
de Loma Prieta (89) Northridge (94) y
Kobe (95) se reconoce que los puentes de
superestructura de acero son susceptibles
a daños bajo sismos de baja y moderada
intensidad y aparentan ser mas frágiles
que los puentes de concreto si no están
propiamente diseñados.

11. • Los daños típicos incluyen a vigas que se
‘’salen’’ de sus asientos,y fallas en
conexiones, aparatos de asiento,
arriostres transversales y juntas de
expansión.
• En muy pocos casos en Kobe por ejemplo
han fallado las vigas longitudinales debido
en algunos casos a la falla de sus apoyos
por ejemplo.

13. • Se puede argumentar que la reputación gozada
por los puentes metálicos se ha debido al hecho
que muy pocos puentes de acero han sido
sometidos a sismos severos y la ausencia de
colapsos se debe a la falta de exposición en
lugar de su supuesta capacidad inherente a los
sismos. Esta idea se refuerza por la observación
de daños durante sismos de baja y moderada
intensidad que han mostrado un cierto grado de
fragilidad no vista en los puentes de concreto.

14. • Es importante notar en este argumento que las
especificaciones de diseño sísmico para
puentes en USA no requieren el diseño explicito
de la superestructura ( concreto o acero) para
cargas sísmicas.
• Se asume que las superestructuras diseñadas
para cargas de gravedad tienen suficiente
resistencia inherente a las cargas sísmicas en el
plano del tablero.

15. • Esta hipótesis parece justificarse en las
estructuras de concreto mas pesadas y
rígidas que las de acero pero no en las
estructuras de acero tipo armaduras ó de
sección compuesta las cuales pueden ser
muy flexibles en planta.

16. • El mejoramiento en el comportamiento
sísmico de los puentes de acero se
garantiza con adecuadas
recomendaciones de diseño tanto para las
subestructuras como para las
superestructuras. Se requiere una mejor
comprensión del flujo de fuerzas así como
de la capacidad individual de los
componentes del sistema estructural.

17. • Es en este aspecto que el diseño de
‘’arriostres transversales ductiles’’ en los
extremos del puente representa una
técnica reciente importante.

24. Modelo propuesto para puentes sin
diafragmas
)()( xx bsr ∆−∆=∆
)(
)(
4
4
xk
dx
xd
EI rw
r
b ∆−=
∆
Desplazamiento relativo = desplazamiento de la losa – desplazamiento del ala
inferior de la viga
Ecuación diferencial que describe el desplazamiento lateral relativo del ala
inferior de la viga

26. 3
12
w
w
w
h
EI
k =
LsenhLsen
xxLxLx
k
R
x
w
s
r
ββ
βββββ
+
−+−
=∆
cos)(cosh)(coscosh2
)(
Desplazamiento relativo entre la losa y el ala de la viga
Rigidez del alma
Rs = reacción en el apoyo resultante de la carga tributaria lateral

27. 4
4 b
w
EI
k
=β
22
0
*
ss
L
mdx
L
m
m ∆=∆= ∫








∆+∆= ∫∫
L
bbr
L
w
w
g dxxEIdxx
h
EI
nK
0
22
0
3
*
)()(
12
Para obtener el período lateral fundamental se calculan la masa y
rigidez generalizadas

28. *
*
2
K
m
T π=
En el gráfico correspondiente se muestran los periodos resultantes y las
deformaciones máximas con este modelo. Los resultados se comparan
bastante bien con los resultados más aproximados del SAP.
El análisis inelástico reveló que en ausencia de diafragmas extremos la
presencia de diafragmas intermedios no mejora el comportamiento sísmico
del puente.

30. Modelo para puentes con diafragmas efectivos
4
4
2
2
),(),(
x
txu
A
EI
t
txu D
∂
∂
=
∂
∂
−
ρ
DEI
LA 42
4 ωρ
α =
( ) ( )( ) ( )
αα
ααα
αα
ααααα
senhsenC
K
senhsenC
sensenhC
K
k
b
k
k
b
2
coshcos1
2
coshcos1 6
*
3
2* −
+
−+
+
En este caso el análisis preliminar revela que la losa de concreto no
responde en forma de cuerpo rígido durante el movimiento como en el
caso de puentes sin diafragma, mas bien la estructura se comporta como
un sistema generalizado de un grado de libertad. Es apropiado expresar el
desplazamiento transversal de respuesta con una curva senoidal y en
encontrar las fuerzas efectivas correspondientes a una seudoaceleración
de 1g.

32. D
b
b
EI
LK
K
3
*
=
∑∑
−
+=
1
1
2
1
3
cos212 gg n
b
b
n
w
s
b
l
EA
h
EI
K
θ
Por ejemplo:
Con rigidizadores de 100X10 mm en el alma de un puente de 20m de luz, con
cuatro vigas longitudinales Is y Kb resultan 7.8 X 106 mm4 y 170 kN/mm
respectivamente. Con arriostres en X de 2L100X100X10, Kb puede ser 1930
kN/mm lo que muestra que los arriostres crean la principal rigidez lateral para el
puente. En este caso Kb resulta 55.3, dando α 2.71. Finalmente con ID y ρA
1.322 m4 y 6300 kg/m respectivamente se obtiene un periodo lateral de 0.053s.

38. Conclusiones:
• Los resultados de estos estudios demuestran que con la
pequeña rigidez de los diafragmas extremos es suficiente
para hacer que la superestructura se comporte como una
unidad en el rango elástico.
• Los resultados también ilustran el cambio dramático en el
comportamiento sísmico que ocurre una vez que fallan estos
diafragmas extremos, con un aumento considerable del
periodo y deformación lateral, así como a la propensión al
daño debido a los efectos P-∆.
• También se encuentra que la presencia de diafragmas
intermedios no influye significativamente en el
comportamiento sísmico de estos puentes, tanto en el rango
elástico como inelástico.

39. • Estos análisis confirman que los diafragmas extremos
constituyen elementos estructurales críticos junto a las
cargas sísmicas por lo que tienen que diseñarse
adecuadamente.
• En puentes nuevos deben diseñarse para resistir
elásticamente las fuerzas inducidas por el máximo sismo
esperado.
• Alternativamente estos diafragmas pueden diseñarse y
detallarse como elementos dúctiles para prevenir las
fallas frágiles de elementos o conexiones. Esto no está
garantizado por los diafragmas intermedios. (los
diafragmas extremos no dúctiles y sus detalles de
conexiones en puentes existentes deberían de este
modo modificarse adecuadamente).