Diseño sísmico en viaductos

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Elche-Crevillente.

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San Isidro-Orihuela.

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Orihuela-Colada de la Buena Vida.

2. Criterios generales de cálculo

1)

Intentar resistir el sismo configurando una estructura con vinculaciones rígidas frente a desplazamientos horizontales entre tablero y subestructura, que por otra parte es la configuración habitual para puentes de LAV en zona no sísmica. Derivado de esta configuración la estructura tendrá unos períodos propios fundamentales bajos y por lo tanto estará sometida a unos esfuerzos sísmicos elevados, que pueden resistirse:

a)

En el rango elástico.

b)

Con un comportamiento dúctil, asumiendo la formación de rótulas plásticas y por lo tanto disipando la energía sísmica por medio de plastificaciones locales.

c)

Con un comportamiento de ductilidad limitada, el que se supone que alcanza un mínimo nivel de plastificación local, poco significativo, pero que genera una cierta disipación de energía 

Comportamiento sísmico. Fuerza-desplazamiento.

2)

Intentar disminuir los esfuerzos debidos al evento sísmico aislando la estructura y aumentado el amortiguamiento de la misma. Esto se consigue intercalando entre tablero y subestructura dispositivos antisísmicos (amortiguadores, apoyos pendulares…) y/o apoyos de neopreno. Con esta estrategia se consigue disminuir en gran medida los esfuerzos sísmicos hasta incluso llegar, en determinados casos, a que no sean determinantes en el diseño de la estructura.

Los criterios seguidos para diseñar las estructuras de estos tramos han sido los habituales en las LAV españolas, pudiéndose resumir en las dos estrategias fundamentales siguientes:

En primer lugar se intenta encajar la estructura con un diseño clásico de puente de LAV. Es decir, se disponen uniones rígidas entre tablero y subestructura del tipo habitual (punto fijo en estribo y libertad de desplazamiento en el resto de apoyos a nivel longitudinal y vinculaciones fijas a nivel transversal mediante apoyos convencionales o mediante topes). Con esta disposición se estudian los esfuerzos resultantes y se verifica que se pueden resistir dichos esfuerzos sin formar rótulas plásticas y por lo tanto sin posteriores actuaciones de reparación. Esto quiere decir que al no tener daño estructural una vez ocurrido el sismo, la estructura está en condiciones de resistir las posibles réplicas que pueden ocurrir después de un evento sísmico. Si con esta disposición no es viable resistir el sismo sin la formación de rótulas plásticas o dando lugar a elementos de cimentación desproporcionados y antieconómicos, se intenta cambiar la estrategia de diseño.

En caso de resultar los esfuerzos resultantes de este primer tanteo desproporcionados se opta por diseñar una configuración estructural que permita aislar y/o aumentar el amortiguamiento de la estructura, incluyendo dispositivos antisísmicos en la vinculación entre tablero y subestructura. De esta manera se reducen en gran medida los esfuerzos, y se puede asegurar que el sismo se resiste en régimen elástico y con ausencia de daño. El inconveniente de este método es que la utilización de dispositivos antisísmicos conlleva una serie de operaciones de inspección visual y mantenimiento de estos aparatos durante toda la vida útil de la estructura.

3. Tramo Elche-Crevillente

3.1. Viaducto sobre CV-875 y Viaducto sobre Barranco del Boch

El tramo Elche-Crevillente tiene 2 viaductos de dimensiones y características muy semejantes resueltos con el mismo tipo de diseño. Son viaductos de unos 250 m de longitud, luz máxima de 42 m y con pilas del orden de 10 m de altura 

Figura 2. Alzado Viaducto sobre CV-875.

Figura 3. Alzado Viaducto sobre Barranco del Boch.

Figura 4. Sección tipo de los dos viaductos.

Figura 5. Fotografía Viaducto sobre CV-875.

Las dos estructuras se resuelven por medio de vigas prefabricadas a las que se da continuidad en obra por medio de barras y tendones postesados para configurar una estructura hiperestática. En toda la subestructura la cimentación se materializa mediante pilotes ejecutados in situ.

Las características del sismo de cálculo en estos dos viaductos son las siguientes:

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Aceleración básica = 0,15 g.

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Aceleración de cálculo = 0,23 g.

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Aceleración de meseta de espectro = 0,58 g.

El esquema resistente ante esfuerzos horizontales propuesto es el equivalente a un diseño convencional en un puente de LAV:

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A nivel longitudinal el tablero está unido rígidamente al estribo fijo por medio de tendones de postesado. La fuerza máxima longitudinal que se genera durante el sismo es del orden de 40.000 kN.

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A nivel transversal se disponen apoyos fijos transversales que se materializan por medio de topes transversales para evitar transmitir una fuerza tan alta por medio de los apoyos Pot. La fuerza transversal máxima que se genera en cabeza de pilas durante el sismo es del orden de 7.000 kN/pila.

A nivel transversal, una vez comprobado que las fuerzas obtenidas están en un orden de magnitud razonable, se valoran dos alternativas para materializar el tope transversal:

1.

Disponer apoyos Pot libres en dirección transversal y que el propio tope transversal trabaje tanto para acciones de servicio como sísmicas.

2.

Disponer apoyos Pot fijos en dirección transversal en uno de los dos apoyos de cada pila que resistan las cargas de servicio y el sismo frecuente, pero que una vez superado un determinado umbral de cargas dispongan de un fusible que se rompa de tal forma que el sismo último sea resistido por los topes.

La primera alternativa tiene como ventaja que no necesita actuaciones de reposición de fusible una vez ocurrido el sismo, mientras que un posible inconveniente podría ser que el guiado longitudinal que realizan los topes transversales no sea efectivo y se produzca un acodalamiento del tablero para los movimientos de servicio.

La segunda alternativa supone dejar una holgura en los topes transversales para que no trabajen en servicio y para asegurar por tanto que no hay posibilidad de que se produzca el acodalamiento.

En nuestra opinión, la primera alternativa es preferible porque evita la actuación en el caso de que se rompan los fusibles, y nuestra experiencia es que con un detalle de neoprenos convencionales en la materialización del tope, unido a una cuidada ejecución, no se produce acodalamiento. De hecho, se comprobó en obra una vez acabado el viaducto que en todos los apoyos se estaba produciendo un desplazamiento longitudinal del mismo orden al esperado teóricamente.

Por otra parte, la segunda alternativa, además del inconveniente mencionado en cuanto a la necesidad de reposición de los fusibles, presenta incertidumbres del comportamiento transversal de la estructura durante la actuación del sismo último. Por un lado es difícil prever el momento de rotura exacto de cada uno de los fusibles y, por tanto, cuándo comienzan a actuar los topes. Por otra parte, la disposición de una cierta holgura provoca un comportamiento adicional no lineal con un posible incremento de esfuerzos que habría que modelizar correctamente para poder valorarlo.

Por estas razones, en todas estas estructuras a nivel transversal se ha utilizado la primera alternativa de conexión entre tablero y subestructura.

El diseño de estas dos estructuras se corresponde con un diseño tipo 1 en el rango elástico, según se explica en el apartado 2 de este artículo. Se considera importante reseñar que las fuerzas generadas a nivel longitudinal se consideran aproximadamente las máximas que se pueden resistir con la tipología de estructura escogida (tablero formado por vigas prefabricadas); por lo tanto, para fuerzas mayores (derivadas de una longitud de tablero mayor, por ejemplo) habría que encajar la estructura con un diseño tipo 2.

Es necesario disponer aparato de dilatación de vía en las proximidades del estribo móvil de estos viaductos.