Informe (peligro Sísmico Aashto).docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

26-6-2017

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

TRABAJO ESCALONADO N° 2: ESPECTRO DE DISEÑO SEGÚN AASHTO CURSO

: PUENTES Y OBRAS DE ARTE

CÓDIGO DEL CURSO

: EC 323-G

PROFESOR TEORÍA

: Dr. SÁNCHEZ MOYA, Víctor

PROFESORES PRÁCTICA: Ing. ALVARADO CALDERÓN, César Ing. MOSCOSO ALCÁNTARA, Edisson ALUMNOS

: ESPINOZA CAMPOS, Fred

20120038J

MARQUINA FERNÁNDEZ, Gabriel

20122003I

MILLA ROMERO, Tomás

20120217A

SOTELO FLORES, Gerson

20122004E

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

ÍNDICE 1

2

OBJETIVOS ................................................................................................................................... 2 1.1

OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................. 2

1.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................................................... 2

FUNDAMENTO TEÓRICO ............................................................................................................. 3 2.1

DETERMINACIÓN DEL ESPECTRO DE DISEÑO - PROCEDIMIENTO GENERAL....................... 3

2.2

DETERMINACIÓN DEL ESPECTRO DE DISEÑO - PROCEDIMIENTO ESPECÍFICO ................... 4

2.3

ANÁLISIS DE AMENAZA SÍSMICA DE SITIO ESPECÍFICO ....................................................... 5

3

ESPECTRO DE DISEÑO AASHTO ................................................................................................... 7

4

CONCLUSIONES Y COMENTARIOS ............................................................................................. 12

P á g i n a 1 | 13

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

1 OBJETIVOS 1.1 OBJETIVO GENERAL 

Obtener el Espectro de Diseño Sísmico de la zona de estudio, con los datos obtenidos a través de la página web del SENCICO, pero analizados según las recomendaciones del AASHTO para el diseño de puentes.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Comparar el Espectro de Diseño Sísmico que se obtiene con la metodología propuesta por el AASHTO, con el Espectro que nos brinda el SENCICO a través de su página web.



Obtener los principales parámetros sísmicos para poder graficar el Espectro de Diseño, y conocer su significado.



Manejar la metodología que recomienda el AASHTO para la obtención del Espectro de Diseño Sísmico.

P á g i n a 2 | 13

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

2 FUNDAMENTO TEÓRICO 2.1 DETERMINACIÓN DEL ESPECTRO DE DISEÑO PROCEDIMIENTO GENERAL La construcción del espectro elástico para sitios de cimentación S1 a S4 mediante el procedimiento general se ilustra en el gráfico y se determina según las expresiones: GRÁFICO N° 1.

FORMA ESPECTRAL ELÁSTICA

P á g i n a 3 | 13

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

Dónde: Sa Ca y

T To Ta Ts

= forma espectral de pseudoaceleración expresada como fracción de g. Cv = coeficientes sísmicos espectrales, para los períodos corto y largo, respectivamente, especificados en la tabla. Nótese que Ca corresponde a la aceleración pico efectivo expresado como fracción de g. = período fundamental de vibración del puente en la dirección considerada (segundos). = período bajo donde el valor espectral es igual a la aceleración efectiva (= 0.01 segundos). = período de control en el espectro = 0.2 *Ts (en segundos). = período de control en el espectro = (en segundos).

Los coeficientes sísmicos espectrales Ca y Cv se presentan en la TABLA N° 1 y fueron derivados a partir de los valores presentados en IBC 2009, la guía AASHTO LRFD y otros. TABLA N° 1.

COEFICIENTES SÍSMICOS ESPECTRALES Ca Y Cv

Los espectros construidos mediante este procedimiento corresponden a un amortiguamiento del 5% y no incluyen las modificaciones que puede implicar la presencia de una falla en la cercanía del sitio.

2.2 DETERMINACIÓN DEL ESPECTRO DE DISEÑO PROCEDIMIENTO ESPECÍFICO Se debe realizar un análisis de amenaza sísmica de sitio específico si se presenta alguna de las siguientes circunstancias: A. El puente cuenta con al menos un tramo con una luz libre igual o mayor que 150 m según se indica en el artículo 1.2. P á g i n a 4 | 13

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

B. El puente es considerado como crítico o esencial de acuerdo con la clasificación de importancia establecida. C. Existe información nueva no contemplada en el Atlas tectónico de Costa Rica (Denyer, P., et al., 2003 y 2009) sobre una o más fuentes sísmicas activas a menos de 10 km del sitio, con capacidad de generar sismos de magnitud MW = 6 o mayor. Se debe realizar un análisis de respuesta dinámica de sitio para la sacudida sísmica si el sitio de cimentación clasifica como S5. Si el sitio está localizado a menos de 5 km de una falla activa conocida capaz de producir un sismo de magnitud MW = 6.5 o mayor, se deben evaluar los efectos de la sacudida en la cercanía a la falla. Se debe utilizar un procedimiento de sitio específico para desarrollar los espectros de respuesta dinámica para el diseño cuando sea requerido. Los procedimientos de sitio específico, como se mencionó en el artículo, pueden ser metodologías para evaluar la amenaza sísmica, para evaluar la respuesta dinámica del sitio o ambas. Cuando el espectro de respuesta es desarrollado utilizando un análisis de amenaza sísmica de sitio específico, un análisis de respuesta dinámica del sitio o ambos, el espectro no debe ser inferior a dos tercios del espectro de respuesta determinado utilizando el procedimiento general del artículo en la región comprendida entre 0.5TF y 2TF del espectro, donde TF es el período fundamental del puente.

2.3 ANÁLISIS DE AMENAZA SÍSMICA DE SITIO ESPECÍFICO Si se aplica la metodología probabilística para evaluar la amenaza sísmica, el análisis de sitio específico que se lleve a cabo debe generar un espectro de respuesta para una probabilidad de excedencia del 7% en 75 años (corresponde a un período de retorno de aproximadamente 1000 años) en los períodos del rango de interés. Este análisis debe definir lo siguiente: A. Las fuentes sísmicas que afectan el sitio, contemplando la sismicidad de Costa Rica y alrededores, el marco tectónico de la región y las estructuras que aparecen en el Atlas tectónico de Costa Rica (Denyer, P., Montero, W. y Alvarado, G.E., 2003 y 2009). B. Una magnitud máxima para cada una de las fuentes sísmicas. C. Una relación de atenuación que proporcione la media de los movimientos espectrales y defina las respectivas desviaciones estándar para los períodos considerados. D. Una relación de recurrencia para la magnitud y el número de sismos para cada fuente sísmica.

P á g i n a 5 | 13

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

E. Una relación entre la longitud de ruptura de la falla o área de ruptura de la fuente y la magnitud para cada una de las fuentes sísmicas. F. Si se aplica la metodología determinística para evaluar la amenaza sísmica, el análisis de sitio específico que se lleve a cabo también debe definir los elementos arriba citados salvo por la relación de recurrencia. El espectro de sitio específico que se generaría en la superficie del terreno debe ser ajustado por los coeficientes de la tabla 2.4-1. El espectro generado no debe ser inferior a dos tercios del espectro de respuesta determinado utilizando el procedimiento general del artículo 2.4, para una probabilidad de excedencia del 7 % en 75 años (corresponde a un período de retorno de 1000 años), en la región comprendida entre 0.5TF y 2TF del espectro, donde TF es el período fundamental del puente. Lo mismo se aplica para la aceleración pico efectivo definido. G. Para el caso de que el uso de un espectro determinístico sea apropiado, el espectro puede ser cualquiera de los siguientes: H. La envolvente de espectros medios calculados para sismos característicos máximos de las fuentes (o fallas) activas definidas. I. Espectros determinísticos para cada falla y en el caso de no definir ninguno como solicitación controladora, todos ellos deben ser aplicados durante el diseño. J. Las incertidumbres en la definición de las fuentes y la estimación de los parámetros deben ser tomadas en consideración en los análisis probabilísticos y determinísticos. La evaluación de la amenaza sísmica debe ser documentada detalladamente, y en ciertos casos, puede ser necesaria una revisión por un panel de expertos.

P á g i n a 6 | 13

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

3 ESPECTRO DE DISEÑO AASHTO Para obtener el espectro de diseño por AASHTO se necesitara el EPU para un Tr=1000 años. GRÁFICO N° 2.

ESPECTRO DE PELIGRO UNIFORME

ESPECTRO DE PELIGRO UNIFORME PARA Tr=1000 años 0.700 0.600

AS(G)

0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

T(S)

De la gráfica de peligro uniforme mostrada se obtienen los siguientes datos: Pga = Sa = 0.275 para T = 0s, Tr = 1000 años Ss = Sa = 0.660 para T = 0.2s, Tr = 1000 años S1 = Sa = 0.210 para T = 1s, Tr = 1000años g: 9.81m/s2 P ga = 0.275 g Ss = 0.660 g S1 = 0.210 g As = Fpga ∗ Pga Sds = Fa ∗ Ss Sd1 = Fv ∗ S1

Según la Norma peruana P á g i n a 7 | 13

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

Usaremos Tipo de Suelo “B” TABLA N° 2.

VALORES DE FACTOR DE SITIO Fpga

Fpga = 1 TABLA N° 3.

FACTORES DE VALOR DE SITIO Fa

Fa = 1

P á g i n a 8 | 13

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA TABLA N° 4.

FACTORES DE VALOR DE SITIO Fv

Fv = 1

A continuación las fórmulas siguientes: As = Fpga ∗ Pga Sds = Fa ∗ Ss Sd1 = Fv ∗ S1 Ts =

Sd1 Sds

To = 0.2 ∗ Ts

Estos parámetros servirán para construir la curva del Espectro de Diseño AASHTO. Reemplazando en las fórmulas se obtienen: As = 0.275 g Sds = 0.66 g Sd1 = 0.21 g

Luego ∶ Ts = 0.318181818 To = 0.063636364

De acuerdo al gráfico de la siguiente figura 5.

P á g i n a 9 | 13

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA GRÁFICO N° 3.

ESPECTRO DE DISEÑO

Se obtiene el espectro de diseño por AASHTO GRÁFICO N° 4.

GRÁFICA DEL ESPECTRO DE DISEÑO

0.7

0.6

Csm

0.5 0.4 0.3 0.2 As

0.1 0 0

0.5 To

Ts

1

1.5

2

2.5

3

Tm(S)

Luego comparamos con el Espectro de Peligro Uniforme que se obtiene a partir de la página web del SENCICO y graficamos la curva envolvente a ambas.

P á g i n a 10 | 13

3.5

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA GRÁFICO N° 5.

COMPARACIÓN DE LOS DOS ESPECTROS

0.700 0.600 0.500

AS(G)

0.400 EPU(SENCICO)

0.300

ESPECTRO AASHTO 0.200 0.100 0.000 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

T(S)

P á g i n a 11 | 13

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

4 CONCLUSIONES Y COMENTARIOS  El Espectro de Diseño por AASHTO envuelve a la gráfica que nos da el SENCICO, esto es, los valores de To y Ts son tal que la gráfica que da el SENCICO no sobrepase los valores de As respectivos a dichos periodos.  Mientras el periodo es mayor, las gráficas son aún más parecidas.  La construcción del espectro de respuesta del RCDF es muy sencilla y expedita. Mientras que el procedimiento del manual de CFE y de la envolvente de espectros de sitio es más complicada y requiere de más datos que deben obtenerse o determinarse con el consecuente mayor costo; además, de requerir programas de cómputo especializado, aunque en el manual de CFE se proporciona uno que es útil. Finalmente, la elaboración de sismos sintéticos es muy importante para realizar modelos más elaborados del sistema suelo-cimentaciónestructura que permitan evaluar el comportamiento de las estructuras ante eventos sísmicos.  Se ha presentado lo que prescriben algunas normativas sísmicas de puentes, sobre espectros, los coeficientes de sitio S y el factor de reducción de las fuerzas sísmicas R con el cual se pasa del espectro elástico al inelástico, debido a que si el espectro de diseño no es seleccionado en forma adecuada se encontrarán resultados inapropiados y a lo mejor por el lado de la inseguridad.  El tema de la selección del espectro de diseño es más importante que la diferencia que se obtienen con los métodos aproximados comparado con el exacto, los mismos que dicho sea de paso reportan resultados que se consideran satisfactorios para el Puente Simplemente Apoyado que se ha analizado en este artículo. Se aspira haber aportado al desarrollo de la Ingeniería Sísmica.

P á g i n a 12 | 13

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

5 BIBLIOGRAFÍA  AGUILAR FALCONI, R. (2011). DOS MÉTODOS SIMPLIFICADOS PARA EL ANÁLISIS SÍSMICO DE PUENTES SIMPLEMENTE APOYADOS. Escuela Politécnica del Ejército.  BARDALES, Z. A. (s.f.). ANÁLISIS DE PELIGRO SÍSMICO Y ESTIMADO DEL MOVIMIENTO SÍSMICO DE DISEÑO. Lima: CISMID.  ORTIZ SALAS, M. (2011). DETERMINACIÓN DEL PELIGRO SÍSMICO DE LA REGIÓN TACNA. Tacna: UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA.  SERVICIO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PARA LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN. (Junio de 2017). Obtenido de http://www.sencico.gob.pe/

P á g i n a 13 | 13