Uso de aisladores de base en puentes de concreto simplemente apoyados

En el presente artículo se presenta una comparación del comportamiento sísmico de puentes de concreto reforzado simplemente apoyados, usando aisladores de base de tres tipos, los aisladores de elastoméricos de alto amortiguamiento HDRB por sus siglas en inglés (High Damping Rubber Bearings), los aisladores elastoméricos con núcleo de plomo LRB (Lead Rubber Bearings) y el sistema de péndulo de fricción FPS (Friction Pendulum System). Se tomó como caso de estudio el viaducto la flora, definiéndose la geometría y su correspondiente modelamiento en SAP2000. Se definieron las propiedades mecánicas de los tres aisladores usando un modelo bilineal; para el modelo del viaducto se realizó un análisis dinámico no lineal de historias en el tiempo, considerando la no linealidad en los aisladores, usando los sismos de la falla Frontal y la falla Bucaramanga-Santa Marta, escalados a nivel de superficie. Se compararon los resultados del modelo sin aislamiento sísmico versus los tres modelos con sistema de aislamiento sísmico, y se encontró que los diferentes sistemas de aislamiento sísmico reducen signifcativamente la demanda de los desplazamientos y fuerzas cortantes en las pilas del puente que le inducen los probables terremotos que puedan ocurrir.
1. Introducción
Los puentes son estructuras de vital importancia. Ellos actúan como un eslabón importante en la red de transporte terrestre y un daño serio en los mismos durante un evento sísmico, impedirá brindar la ayuda necesaria. La actividad sísmica de las últimas décadas ha puesto de manifesto la vulnerabilidad de los puentes ante este fenómeno.
El control pasivo de estructuras es una de las estrategias que se han propuesto en los últimos años para controlar los desplazamientos y las fuerzas de inercia que se generan en los puentes durante un temblor. El concepto en el que se basa el control pasivo se orienta a la reducción de la demanda sísmica en la estructura y a mejorar su capacidad de disparar energía, más que en tratar de incrementar su capacidad de resistencia o de deformación. La adecuada aplicación de este criterio conduce a sistemas que se comportan en forma elástica durante grandes sismos; contrariamente al diseño tradicional, en el que se pretende mejorar la capacidad de disipar energía de la estructura mediante el daño en los elementos que la forman. Esto representa una importante ventaja, ya que al evitar el daño de los elementos de la estructura se consigue que permanezca en condiciones de fluncionalidad después de ocurrido un siniestro [1].
En la Figura 1(a) se ilustra el efecto de un sismo importante en una estructura típica de un puente, donde las grandes deformaciones generan agrietamientos importantes en las pilas, a las que se les exige una gran ductilidad para lograr disipar la energía del temblor sin que la estructura se derrumbe. En la Figura 1(b) se presenta el caso de un puente con un sistema de aislamiento, con el cual se logran reducir las fuerzas de inercia en las pilas del puente. La disipación de energía inelástica que se demanda en un sismo extremo se realiza por medio de la deformación histerética de los apoyos, en lugar de hacerlo a través del daño en las pilas del puente.

Diferentes estudios realizados [2] - [7], han demostrado la efectividad de usar diferentes sistemas de aislamiento sísmico en puentes. En [8], se muestra un estado del arte detallado de estudios analíticos y experimentales sobre la efectividad de sistemas de aislamiento sísmico y su implementación actual en puentes.
2. Descripción y modelamiento del viaducto la flora
2.1 Geometría
El viaducto la flora es una estructura en concreto pretensado, construido con un sistema de pila y losa, con una longitud total de 298.3 metros. Consta de dos estribos (estribo conucos al norte y estribo tejar moderno al sur) y ocho pilares. El tablero está divido en tres secciones, lo que da como resultado cuatro juntas ubicadas de la siguiente forma: dos en los estribos y las otras dos en los ejes 3 y 6. La altura aproximada en el pilar más alto es de 46 metros que corresponde al eje 4, y la luz más grande la encontramos entre los ejes 7 y 8, de 39 metros. El puente tiene un ancho total de 25 metros y consta de tres carriles y sendero peatonal en cada sentido (verFigura 2).

Las vigas están conformadas por las secciones transversales que se muestran en la Figura 3 y están construidas en concreto pretensado, las vigas se encuentran simplemente apoyadas en sus extremos (un extremo fijo y el otro móvil), en cada luz existen 10 vigas excepto en el tramo comprendido entre los ejes 7 y 8, el cual tiene 11 vigas debido a la longitud de su luz de 39m.

vulnerabilidad sísmica, rehabilitación y refuerzo de casas en adobe y tapia pisada

 

Introducción, justificación y antecedentes
La tierra es uno de los materiales más antiguos usados en la construcción de edificaciones. La construcción con tierra tiene miles de años de historia y existe evidencia arqueológica que sugiere la existencia de ciudades construidas enteramente en tierra: Jericó, Çatal Huyuk en Turquía, Harappa en Pakistán, Akhlet-Aton en Egipto, Chan-Chan en Perú, Babilonia en Iraq, Duheros en España, entre otras. Todas las grandes civilizaciones del Medio Este -los asirios, los babilonios, los persas y los sumerios- construyeron con tierra apisonada y con bloques de barro. Por otro lado, cuando los españoles empezaron su conquista del Nuevo Mundo, trajeron consigo el conocimiento de la construcción con adobe y tapia pisada. Fue así como se inició la construcción de las principales ciudades capitales del reino de la Nueva Granada. Las casas urbanas del común de la gente eran edificadas en uno o dos pisos en adobe y tapia pisada. Así mismo, en las ciudades se edificaron las construcciones religiosas levantadas en piedra, en tapia pisada o en ladrillo cocido sentado en argamasa. Con el avance de los siglos, el ladrillo cocido desplazó las técnicas de construcción con tierra y estos sistemas tradicionales han ido desapareciendo. Hoy en día sobreviven diversas edificaciones en tierra que deben ser preservadas.
Esquemas de falla y patrones de agrietamiento ante terremotos de las edificaciones en tierra
Las edificaciones de adobe y tapia pisada presentan usualmente unas características constructivas que contribuyen a aumentar su vulnerabilidad sísmica. Frecuentemente la edad de estas edificaciones y el deterioro de las propiedades mecánicas de sus materiales llevan a una disminución adicional de su capacidad de soportar un terremoto.
Los principales factores que contribuyen a aumentar la vulnerabilidad sísmica de viviendas en adobe y tapia pisada son: irregularidades en planta y en altura, distribución inadecuada de los muros en planta, pérdida de la verticalidad -o plomo- de los muros, problemas de humedad, filtraciones, conexión inadecuada entre muros, pérdida de recubrimiento de muros, uso de materiales no compatibles, entrepisos pesados y ausencia de diafragmas, apoyo y anclaje inadecuado de elementos de entrepiso y cubiertas sobre muros, entrepisos muy flexibles, luces muy largas y estructuración de cubierta deficiente.
Con base en las anteriores características, las edificaciones de dos pisos construidas en tierra presentan una mayor vulnerabilidad ante la acción de las fuerzas horizontales inducidas por un evento sísmico, tal como se presenta en la figura 1.

Debido a las deficiencias anteriormente mencionadas, las edificaciones construidas en mampostería de adobe y tapia pisada presentan mecanismos de colapso y patrones de agrietamiento que pueden ser agrupados de acuerdo con la Tabla 1.

Normativa Propuesta Para el Diseño Sísmico de Edificaciones de Mampostería Confinada

Se plantea una técnica de diseño estructural basada en criterios de resistencia y desempeño sísmico, aplicable a las edificaciones de mampostería o albañilería confinada de mediana altura (hasta cinco pisos), construidas con ladrillos sólidos. La técnica se encuentra basada en múltiples experimentos realizados en el Perú y otros países, así como en estudios teóricos y en las enseñanzas dejadas por los terremotos pasados que han afectado edificaciones similares.  Para la verificación de esta técnica se han hecho ensayos de simulación sísmica en mesa vibradora y ensayos de carga lateral cíclica. 
1. INTRODUCCIÓN
Las edificaciones de albañilería o mampostería confinada con una altura de hasta 5 pisos, son las construcciones más populares en las zonas urbanas del Perú, para viviendas, oficinas, hoteles, etc.  Este tipo de edificación se caracteriza por construirse primero el muro de mampostería, para luego vaciar el concreto de los elementos verticales de confinamiento, y finalmente, construir el techo en conjunto con la viga solera, según se muestra en la figura 1.  Esta secuencia constructiva produce un comportamiento integral de los materiales involucrados.

Figura 1.  Secuencia constructiva en edificaciones de mampostería confinada
El método de diseño actual en el Perú, especificado en la Norma de Diseño en Albañilería [ININVI, 1982], para edificaciones de mampostería sujetas a cargas sísmicas, es por esfuerzos admisibles.  Sin embargo, el coeficiente sísmico que se utiliza está asociado a aceleraciones basales del orden de 100 gal en suelo duro, mientras que los terremotos severos pueden superar en más de cuatro veces el valor anterior, según la Norma Sismorresistente del Perú [SENCICO, 2003], con lo cual se excedería el factor de seguridad por corte que tienen los muros, que es del orden de dos [San Bartolomé, 1994].  Por esto, es necesario que estas edificaciones sean diseñadas contemplando su incursión en el rango inelástico, pero de tal forma que puedan repararse después de un terremoto severo que produzca su falla por corte.
2. ALCANCE
La técnica de diseño es aplicable a edificaciones de mampostería confinada construida con ladrillos sólidos de arcilla, sílice-cal o concreto (con un porcentaje de perforaciones en la cara de asentado de hasta 30% del área bruta), con muros sujetos a esfuerzos axiales no mayores que 0.15f´m, donde “f´m” es la resistencia característica a compresión axial de prismas de mampostería (figura 2), calculada restando una desviación estándar al promedio de por lo menos 5 especimenes ensayados. Adicionalmente, la edificación debe contar con una densidad adecuada de muros en las direcciones principales.

Figura 2. Ensayo de compresión axial en prismas de mampostería: unidades sólidas (superior) y falla frágil en prisma hecho con ladrillos con 40% de huecos (inferior)

Un proyecto de evacuación de edificios por terremotos y tsunamis

Introducción
Comunidades costeras de poca altitud a lo largo del noroeste del Pacífico están en riesgo de una inundación de tsunami generada por la zona de subducción de Cascadia (CSZ) terremotos. Estas comunidades se desarrollaron mucho antes que los científicos entienden los peligros de tsunamis existentes. Por lo tanto, alrededor de 100.000 personas se encuentran en la zona de riesgo de inundación de tsunami cada día en Oregon. Algunas de estas 100.000 personas se encuentran en la parte alta de peligro de la zona de inundación cercana a los canales oceánicos y fluviales con recorridos largos a tierra elevación segura y más alto. Además, muchas de estas comunidades atraen a los turistas que vienen a visitar las playas del océano, que son áreas de alto riesgo. Las comunidades costeras han estado respondiendo a los riesgos de tsunami mediante el desarrollo de planes de operaciones de emergencia que incluyen el establecimiento de rutas de evacuación y las áreas y programas de extensión educativa.
Se necesitan nuevos mapas de inundación de tsunami para Cannon Beach, Oregon (CB). El uso de mejores datos y métodos científicos (por ejemplo, en Sumatra 2004, Chile 2010, Japón 2011), los nuevos mapas de peligro de tsunami pueden cambiar peligros de riesgo de Cascadia generado tsunamis que los mapas anteriores. El mapa de evacuación CB 2008 muestra gran parte del centro de la ciudad, la escuela primaria, estación de bomberos, estación de policía y el Ayuntamiento en riesgo de tsunamis de origen lejano y locales ( Figuras 1a, 1b y 1c ).Además, los estudios de vulnerabilidad han demostrado que ciertas poblaciones como los visitantes y personas de edad avanzada son también particularmente en riesgo. También debe tenerse en cuenta que la gente va a estar desorientados por el terremoto y que los tiempos de evacuación antes del tsunami llegan rango de 10 a 30 minutos para las pruebas de Cascadia. Un aumento del riesgo de tsunami significa que la playa de Cannon y otras comunidades costeras ya no pueden confiar exclusivamente en la estrategia de evacuación a tierras más altas, sino que debe mirar a los edificios de evacuación de tsunami, las estructuras y muros de contención.


Tsunami Edificios de evacuación (TEBs) pueden ser un elemento importante asegurando que las escuelas, las instalaciones esenciales y los edificios del gobierno son capaces de cumplir con sus fines cotidianos y seguir funcionando después de que el terremoto y el tsunami. Si bien este enfoque no se ha hecho en los Estados Unidos, se ha hecho en Japón (véase la figura 2a ).