Las características del sismo de cálculo

Se disponen apoyos pendulares en todas las pilas y estribos, los cuales se caracterizan por tener un comportamiento doble:

El esquema resistente ante esfuerzos horizontales diseñado es el siguiente:

Bajo las cargas de servicio se vincula longitudinalmente cada vano a la pila y/o estribo correspondiente mediante fusibles dispuestos en los apoyos que impiden el desplazamiento longitudinal relativo tablero-subestructura. Estos fusibles se dimensionan para ser capaces de soportar las acciones horizontales longitudinales, especialmente las de frenado y arranque.

A nivel transversal se disponen topes en estribos mientras que el tablero se vincula a las pilas a través del rozamiento y la rigidez de los apoyos pendulares, si bien el rozamiento de acuerdo con la EN15129 no se tiene en cuenta para evaluar la respuesta de la estructura ante acciones distintas del evento sísmico. Para evitar desplazamientos transversales relativos entre vanos contiguos, y permitir los longitudinales, se disponen pasadores en la junta transversal de la losa, evitando así posibles daños a la vía.

Una vez que las cargas de servicio son superadas (acción sísmica), los fusibles pierden su capacidad portante y liberan la coacción longitudinal. Por tanto, los apoyos pendulares trabajan a partir de ese instante como aisladores (debido a la curvatura del apoyo) y amortiguadores (debido a la disipación de energía por el rozamiento) a la vez, disminuyendo los esfuerzos máximos transmitidos durante el evento sísmico hasta los 2.000 kN/pila tanto en dirección transversal como longitudinal. La componente elástica proporcionada por la curvatura de estos apoyos tiene, además, una importante capacidad de recentrado una vez finalizado el sismo.

La disposición de este tipo de apoyos obliga a realizar un cálculo transitorio no lineal con acelerogramas compatibles con el espectro de diseño de acuerdo a la metodología definida por el EC8. Además, siguiendo las directrices de la EN15129  se realiza un doble cálculo de la estructura considerando los valores máximos y mínimos previstos para el rozamiento de los apoyos pendulares, y se diseñan los apoyos considerando el factor de amplificación del movimiento definido tanto en EC8 como EN15129. Teniendo en cuenta que el incremento de amortiguamiento viene dado por el rozamiento en este tipo de apoyos, es importante destacar la importancia de realizar el doble cálculo. Las verificaciones realizadas con el rozamiento mínimo dan como resultado los movimientos máximos durante el evento sísmico y la capacidad de recentrado máxima, mientras que la consideración del rozamiento máximo lleva a las fuerzas máximas y a la capacidad de recentrado mínima. Además, en este tipo de dispositivos es necesario tener en cuenta el movimiento residual que se produce al finalizar el evento sísmico, en situación de capacidad de recentrado mínima, para diseñar el recorrido máximo de diseño que deben tener los apoyos. Por lo tanto, es necesario tantear la capacidad de amortiguación dada por el rozamiento, así como el aislamiento dado por la curvatura, para obtener un diseño de los aparatos compensado que no obligue a considerar unos recorridos en los mismos excesivos.

En el caso concreto del viaducto sobre el Trasvase Tajo-Segura, los apoyos pendulares diseñados tienen un radio de curvatura de 2 m y un rozamiento nominal del 6%. El cálculo se realizó para una cota inferior del coeficiente de rozamiento del 4% y un valor máximo del 8%, cumpliendo de forma amplia las directrices de la EN15129.

Si bien en el mercado existen apoyos pendulares con materiales que garantizan coeficientes de rozamientos nominales considerablemente mayores (por encima del 10%) así como realizaciones internacionales de puentes en zona sísmica que hacen uso de los mismos, en nuestra opinión consideramos que la penalización en el recentrado de la estructura, además de la obligada consideración de los desplazamientos remanentes después del evento sísmico a la hora de diseñar el recorrido de los apoyos y la capacidad de resistir las posibles réplicas, lleva a un diseño estructural no satisfactorio.

El diseño sísmico de la estructura se correspondería con un diseño tipo 2 tanto a nivel transversal como a nivel longitudinal. Con este diseño se asegura la ausencia de daño estructural durante el evento sísmico de diseño, si bien es necesario realizar la reposición de los fusibles en el caso de que el sismo llegue a romperlos.

No es necesario disponer aparato de dilatación de vía sobre el tablero ni en las proximidades de los estribos.

Toda la cimentación se ha proyectado como profunda mediante pilotes prefabricados hincados de unos 45 m de profundidad.

Las características del sismo de cálculo son las siguientes:

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Aceleración básica = 0,16 g.

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Aceleración de cálculo = 0,29 g.

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Factor de comportamiento de la estructura = 1,50 (ductilidad limitada).

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Aceleración de meseta de espectro = 0,48 g.

Debido a la escasa altura de la rasante respecto al terreno, se plantea una estructura in situ de luces cortas, con un canto de tablero reducido y pilas de sección mínima empotradas al tablero, consiguiendo así:

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La eliminación de todos los elementos de apoyo y, por lo tanto, eliminar la necesidad de mantenimiento de los mismos.

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Crear un equilibrio entre la rigidez necesaria para satisfacer los requisitos deformacionales de un viaducto de alta velocidad ferroviaria y la flexibilidad necesaria para absorber las deformaciones impuestas por temperatura y reología sin generar esfuerzos extremadamente altos mediante una estructura muy simple.

Los criterios de diseño sísmico son inherentes a los criterios de diseño en servicio:

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La estructura tiene la suficiente flexibilidad como para tener un periodo propio que haga que se reduzcan los esfuerzos de la acción sísmica a pesar de incrementar los desplazamientos.

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La estructura tiene la suficiente rigidez y capacidad portante para resistir los esfuerzos generados por el sismo.

Además, el alto grado de hiperestatismo del viaducto permite realizar un dimensionamiento con ductilidad limitada, generando cierta disipación de energía debida a la pérdida de rigidez por fisuración producida en el extremo de las pilas poco significativa, sin que se lleguen a producir rótulas plásticas y, por lo tanto, evitando tener que realizar labores de reparación si se llegase a producir un sismo de intensidad como la de cálculo.

El diseño sísmico de la estructura se correspondería con un diseño tipo 1 con ductilidad limitada.

No es necesario disponer aparato de dilatación de vía sobre el tablero ni en las proximidades de los estribos.

6. Conclusiones

En este artículo se han mostrado los criterios de diseño que se han utilizado para resolver los viaductos correspondientes a tres tramos de la LAV de Levante, que tienen como particularidad el estar situados en una de las zonas con mayor riesgo sísmico de España y con unas condiciones geotécnicas de baja capacidad portante y alta deformabilidad.

Si bien se han utilizado soluciones diferentes para cada una de las estructuras, todos los encajes se han realizado siguiendo los criterios de minimización de esfuerzos sísmicos así como las eventuales labores de mantenimiento de las estructuras.

En cada estructura, bien sea por su longitud, altura de pilas o condiciones de cimentación, se ha particularizado el diseño sísmico atendiendo a todos y cada uno de los condicionantes existentes, generando así una serie de soluciones de diseño sísmico bien diferenciadas en cada viaducto.

Desarrollado por:

1. Jorge Cascales  
2. Ricardo Rico R 
3. Sergio Couto W