USO DE AISLADORES DE BASE EN PUENTES DE HORMIGON

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Sistemas de control para la protección sísmica

Control pasivo

Corresponde a la estrategia que se ha propuesto para controlar los desplazamientos y las fuerzas de inercia que se generan en los puentes. Y se orienta a la reducción de la demanda sísmica en la estructura y a mejorar su capacidad de disipar la energía, que a intentar incrementar la capacidad de resistencia a la deformación.

El puente se comportara de forma elástica durante grandes sismos, en comparación al diseño tradicional que solo pretende mejorar la capacidad de disipar la energía mediante el daño en los elementos que lo conforman. Y esto es una ventaja debido que evitar el daño a los elementos del puente, logra que la estructura permanezca en optima condiciones después de ocurrido el sismo.

En las siguientes imágenes se muestra una estructura de un puente donde se muestra deformaciones que generan agrietamientos importantes en las pilas, y además otra imagen en donde se muestra una estructura de un puente con un sistema de aislamiento, en donde se puede disipar la energía y se realiza por medio de la deformación de los apoyos, en lugar de hacerlo a través del daño en las pilas del puente.

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Figura 1: Respuesta sísmica de un puente sin aislamiento y un puente con aislamiento sísmico

Fuente: Imagen extraída del documento técnico “implementación de aisladores sísmicos y disipadores de energía en puentes de Japón”.

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Aisladores de base

Estos incrementan el periodo de vibración de una estructura, con el objeto de alejarla de las zonas del espectro, para evitar que los desplazamientos resulten excesivos, para esto se combinan con algún amortiguador mecánico, un claro ejemplo son los apoyos con corazón de plomo, formados por apoyos laminados a los que se les inserta un elemento de plomo en perforaciones.

Otro método es la aplicación de neopreno a los que se le adicionan aditivo durante su fabricación, con el fin de aumentar el amortiguamiento del material.

Otro grupo lo forman los apoyos deslizantes, formados por placas que disipan la energía. Es común que los apoyos deslizantes se le agreguen algún dispositivo para disipar energía adicional.

Aplicación de los sistemas de control pasivo

A nivel mundial los primeros puentes que utilizaron este sistema de control, fueron el Motu en 1973 y el Raingitikei en 1974, ambos construidos en Nueva Zelanda. En el primero se utilizaron vigas de acero en U para disipar la energía, y en el segundo se utilizó aislamiento de rotación que incrementa la flexibilidad transversal del puente. Esto se llevó a cabo de forma que ambas columnas que constituyen una pila del puente, puede desplazarse verticalmente, en forma alternada, con lo que queda libre el grado de libertad.

La disipación de energía se produce por la plastificación de un dispositivo de acero que trabaja por torsión, y se conecta en la unión de la parte inferior de la columna con el cabezal de la pila de cimentación, además se colocaron topes para limitar a 125 mm el desplazamiento de las columnas hacia arriba. Este tipo de aislamiento resulto efectivo debido a que el centro de gravedad del puente es elevado, y las fuerzas de inercia que se generan en el tablero producen momentos de volteo importantes en la base de las columnas.

Luego de 1974 el uso del control pasivo en puentes se ha extendido demasiado. Existe información correspondiente a puentes construidos hasta el año de 1993, permite entregar un panorama general de la aplicación y evolución del control pasivo en puentes.

Aplicación en chile

En chile en el año 1996 se construyó el primer puente con aislación sísmica en Chile con (aisladores elastomericos), fue un sistema de aislación diseñado por M. Sarrazin y O. Moroni.

Es la primera obra de infraestructura vial, construida en Chile, que se encuentra aislada sísmicamente. El Viaducto Marga-Marga tiene una longitud de 383 metros y un sistema estructural que consiste en un único tablero continuo formado por vigas metálicas apoyado sobre 36 aisladores sísmicos, distribuidos en dos estribos y siete cepas.

Los aisladores son de goma de alto amortiguamiento con placas metálicas y son de 3 tamaños distintos según su ubicación, los cuales fueron fabricados y probados íntegramente en Chile.

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Figura 2: Viaducto Marga-Marga.

Fuente: Imagen extraída del documento técnico “implementación de aisladores sísmicos y disipadores de energía en puentes de Japón”.

- Dadas las características especiales de este viaducto, el Ministerio de Obras Públicas, por intermedio del Departamento de Puentes, y la Universidad de Chile decidieron instalar una red de acelerógrafos que permite monitorear en forma permanente el comportamiento dinámico de la estructura.

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Figura 3: Localización de los aisladores

Fuente: Imagen extraída del documento técnico “implementación de aisladores sísmicos y disipadores de energía en puentes de Japón”.

Filosofía de los puentes

Actualmente es la misma que se utilizaba en la década de los 70, donde se buscaba que los puentes fuesen funcionales y que sus componentes estructurales permanecieran dentro del régimen elástico, luego de un sismo, permitiendo un cierto margen de daños en relación a la intensidad y magnitud del sismo. Se aceptan dos criterios, uno llamado aislamiento total, que pretende evitar el daño en los elementos estructurales, mejorando el comportamiento del puente, pero aumenta un valor económico debido al beneficio que genera a la instalación de este sistema.

El otro criterio corresponde al aislamiento parcial y que tiene como fin reducir los costes de proyecto aprovechando la disminución de las fuerzas sísmicas en los elementos estructurales.

La clave para dar una solución a los puentes está en aumentar la capacidad de disipación de energía y distribuir de manera uniforme la fuerza de inercia entre los apoyos.

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