Criterios de diseño sísmico en viaductos 2da Parte

A nivel transversal se disponen apoyos fijos transversales, que se materializan por medio de apoyos tipo Pot o mediante topes según el ancho de la sección. La fuerza transversal máxima que se genera en cabeza de pilas durante el sismo es del orden de los 8.000 kN.

Por tanto, se han dispuesto dispositivos antisísmicos que trabajan en el esquema resistente longitudinal debido a que no es posible resistir el sismo garantizando la ausencia de daño con una unión rígida con el estribo. A nivel transversal la estructura se resuelve con un esquema de vinculación fija tablero-subestructura siguiendo el primero de los criterios de diseño establecidos en este artículo.

El diseño de los dispositivos antisísmicos se realiza de manera que se pueda garantizar su comportamiento en tres situaciones diferentes: cargas lentas, frenado y sismo. Para cada una de ellas se define la velocidad del dispositivo y la fuerza transmitida según el siguiente esquema:

La velocidad de activación se define de acuerdo al rango establecido en la normativa EN15129, la fuerza de frenado se predimensiona de forma simplificada como se expone más adelante, y los valores característicos del aparato durante el evento sísmico (velocidad y fuerza) son resultado del cálculo sísmico no lineal. Como consecuencia de esta definición se obtienen dos pares de valores de velocidad y fuerza que permiten establecer los parámetros C y α que definen la ley de comportamiento F = C vα que caracteriza el funcionamiento de los dispositivos durante el sismo. De acuerdo a nuestra experiencia, se puede tomar como semilla inicial para realizar la primera definición de la ley de comportamiento de los dispositivos una velocidad máxima durante el evento sísmico del orden de los 0,4-0,6 m/s.

El cálculo sísmico no lineal se realiza siguiendo el proceso definido en el EC8 , partiendo de una serie de acelerogramas compatibles con el espectro de diseño y teniendo en cuenta tanto el comportamiento de los dispositivos antisísmicos como la disipación de energía debida al rozamiento de los aparatos de apoyo deslizantes tipo Pot . Para este tipo de apoyos se consideran dos hipótesis diferentes. En la primera, el rozamiento de los mismos es mínimo, y por tanto la disipación de energía por rozamiento también lo es, y sirve para calcular los movimientos máximos. La segunda hipótesis, con rozamiento máximo, permite obtener las fuerzas máximas en las pilas con apoyos Pot y evaluar la capacidad de recentrado de las pilas con apoyos elásticos. En este sentido es importante destacar que el rozamiento de los apoyos es una acción que no solo disipa parte de la energía movilizada durante el sismo, sino que también evita que el recentrado de la estructura debido a las fuerzas elásticas de las pilas centrales sea totalmente efectivo.

En el caso concreto del viaducto de Callosa-Cox la velocidad máxima durante el cálculo sísmico realizado es de 0,55 m/s y la fuerza máxima de cada uno de los dispositivos es de 2.650 kN, teniendo ya en cuenta el factor de fiabilidad de la EN15129.

El diseño de la estructura se correspondería con un diseño tipo 1 en el rango elástico a nivel transversal y tipo 2 a nivel longitudinal.

Este esquema de diseño antisísmico ha sido posible debido a que el estribo E-2, que recoge la práctica totalidad de la carga sísmica horizontal longitudinal, tiene cimentación directa. En caso de haber sido necesario disponer pilotes prefabricados hincados, la cimentación habría resultado desproporcionada y antieconómica.

Por último, el comportamiento en servicio de la estructura es el siguiente:

A nivel longitudinal y para cargas lentas, como es el caso de la variación térmica y las deformaciones reológicas, el tablero se encuentra vinculado a la subestructura únicamente en las pilas centrales a través de neoprenos zunchados. En este caso la velocidad de deformación en el dispositivo antisísmico será inferior a 0,7 mm/s y por lo tanto la acción transmitida por el mismo será despreciable. En el resto de pilas y estribos no existe más coacción a este desplazamiento que el propio rozamiento de los apoyos tipo Pot.

A nivel longitudinal y para cargas rápidas, como es el caso del frenado y arranque, los dispositivos antisísmicos del estribo E-2 actúan prácticamente como transmisores de impacto, transmitiendo la gran mayoría del esfuerzo longitudinal a este estribo con una deformación mínima acorde a la normativa vigente. Una primera aproximación simplificada del funcionamiento de los dispositivos durante la hipótesis de frenado se expone a continuación:

La aplicación de la fuerza de frenado provoca que se supere la velocidad de activación en el dispositivo (0,7 mm/s) y por lo tanto este transmita carga al estribo a través del movimiento interno del fluido. Teniendo en cuenta que la longitud del puente es de 750 m y la velocidad de proyecto 220 km/h, la situación más desfavorable se produce cuando el tren frena sobre el puente circulando a velocidad máxima, lo cual supone un tiempo de actuación de la carga de frenado de 12 segundos. El desplazamiento del dispositivo en 12 segundos a una velocidad de 0,7 mm/s es de 8,4 mm, valor inferior a la deformación máxima admisible en situación de frenado por la IAPF.

Este análisis simplificado se utilizó para realizar un primer encaje de los dispositivos, comprobando posteriormente mediante un análisis no lineal que el diseño era adecuado. Para ello se utilizó el mismo modelo de análisis sísmico no lineal introduciendo el frenado mediante una carga dinámica en tres escalones: un primer tramo en rampa de 1 segundo para llegar al valor de referencia, un segundo tramo de valor constante mantenido durante los mencionados 12 segundos y un tramo descendente final de 1 segundo para llegar a anular el valor de la fuerza.

A nivel transversal el tablero se encuentra vinculado rígidamente a todos los elementos de la subestructura.

Es necesario disponer aparato de dilatación de vía en las proximidades de ambos estribos.

Viaducto de 1.008 m de longitud, con luces máximas de 36 m y con pilas del orden de 10 m de altura. Toda la cimentación del viaducto es profunda mediante pilotes prefabricados hincados de unos 45 m de longitud.

El tablero se resuelve por medio de vigas prefabricadas isostáticas con junta transversal de losa en cada vano.