estudio puente canal chacao previo

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  • 1

    PUENTE SOBRE EL CANAL DE CHACAO

    Santiago, 28 de mayo de 2012

    Toms Guendelman Bedrack

    I.E.C. Ingeniera S.A. Presidente

  • 2

    ALCANCES

    Se resumen en este documento las conclusiones ms importantes que se alcanzaron en la accin de IEC, como Asesor Estructural y Ssmico de la Coordinacin General de Concesiones, para el anteproyecto estructural del Puente sobre el Canal de Chacao. Concluye el documento con una serie de sugerencias para la fase de proyecto final.

    PROFESIONALES PARTICIPANTES EN EL PROYECTO

    Estudio Principal INGENIERIA 4 (I4)-COWI (Director del Proyecto Oscar Unanue Ph.d)

    Rodolfo Saragoni Ph.d (UCLA),

    Anton Petersen M. Sc (Director)

    Pedro Ortigosa M.Sc, (MIT)

    Torben Forsberg M.Sc (Estructural)

    Allan Larsen Ph. D (Vientos)

    Ole Jansen M.Sc (Hidrulica)

    Instituto Dans de Hidrulica (D.H.I.)

    Instituto Martimo Dans (D.M.I.)

    IDIEM, Geovenor, Bentos

    OVE & ARUP, Bases de Licitacin ( Ingeniera Concesin), Revisin proyecto COWI GEOTECNICA Consultores S.A. del grupo Arcadis (Estudio de Impacto Ambiental)

    Instituto Nacional de Hidrulica Chile (INH) Revisin de los Estudios e Investigaciones Martimas

    DICTUC Revisin de los aspectos de Ingeniera Geotcnica IEC INGENIERIA S.A. Asesora Estructural y Ssmica, Toms Guendelman CIPRES Ingenier a Ltda, STEER DAVIES GLEAVE Ingeniera de Trnsito

    FELLER RATE, Clasificacin de Riesgo para el financiamiento

    AON RISK Services S.A., Anlisis de los seguros que se incorporan al proyecto

    MBIA, seguros financieros AAA

  • 3

    CARACTERIZACION DE LOS MOVIMIENTOS SISMICOS FUERTES

    1. A travs de un anlisis determinstico, I4-COWI fijaron los parmetros de los terremotos de

    diseo:

    Terremoto de Servicio: magnitud Ms=8.0; profundidad focal H=30 Km.; ubicacin epicentral inmediatamente costa afuera (D=40 Km).

    Terremoto de Colapso: magnitud Ms=9.5; profundidad focal H=30 Km.; ubicacin epicentral directamente sobre la fosa (D=160 Km).

    2. Con estos antecedentes determinaron las caractersticas de estos terremotos:

    Terremoto de Servicio:

    o aceleracin horizontal mxima esperada = 0.39g o velocidad mxima = 22 cm/seg

    Terremoto de Colapso:

    o aceleracin horizontal mxima esperada = 0.67g o velocidad mxima = 22 cm/seg

    3. Estas caractersticas son consistentes con las registradas en otras zonas de Chile y permiten

    determinar acelerogramas artificiales adecuados para las condiciones de servicio y colapso, con sus correspondientes espectros de respuesta.

  • 4

    ESPECTROS DE RESPUESTA

    1. En conformidad al Documento Bases de Consultora, se estimaron espectros de respuesta ssmica para la condicin de servicio y colapso, correspondientes a un 2% y a un 5% de amortiguamiento.

    2. Para la condicin de servicio el diseo ser elstico con R=1, y para la condicin de

    colapso se deber considerar R=2, donde R es el Factor de Modificacin de la Respuesta Estructural.

    3. Estos espectros corresponden a los utilizados por I4-COWI en los anlisis de Push-over.

    En conformidad a lo sealado, se definen 2 niveles de desempeo, con sus espectros asociados:

    Safety Evaluation Event Spectra (SEE)

    Se utiliza para fines de diseo elstico.

    0

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1

    1.2

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10

    T [s]

    Acc

    eler

    atio

    n [g

    ]

  • 5

    Extreme Event Check Spectra (EEC):

    Se utiliza para medir la capacidad de la torre frente a demandas elevadas de desplazamiento ssmico. Este espectro amplifica por 2.5 el PGA (Peak Ground Acceleration).

    0.00

    0.20

    0.40

    0.60

    0.80

    1.00

    1.20

    1.40

    1.60

    1.80

    0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00

    T[s]

    Se

    [g]

  • 6

    ROCA REMOLINOS

    Revisin del estudio de factibilidad realizado por I4-COWI

    Modelo estructural de la torre central

    Estructura de hormign armado con armaduras estimadas en 2% de la seccin bruta.

    Fundaciones: Recomendacin de especialistas ssmicos y geotcnicos (para prediseo)

    1. Hincar pilotes de 3 metros de dimetro en la Roca Remolinos, en profundidades dependientes de la calidad de la roca.

    2. Grupos de 8 pilotes se concurren en su extremo superior a gruesos pedestales de hormign

    armado que se conectan entre s mediante vigas horizontales de amarre.

    3. Los pedestales reciben a las 4 piernas de la torre a nivel superior de agua.

    4. Alternativas de profundidad de pilotes:

    A: 25 metros (superficial, roca de buena calidad)

    B: 42 metros (intermedia, roca y arena)

    C: 60 metros (profunda, caso muy improbable) 5. Recomendacin: Caso B.

    -200.00 -150.00 -100.00 -50.00 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 m

    -50.00

    0.00

    50.00

    100.00

    150.00

    M 1 : 1500X Y

    Z

    X * 0.816Y * 0.816Z * 0.816

  • 7

    ANLISIS DINMICO DE LA TORRE CENTRAL

    Se realiza el anlisis con los espectros SEE y EEC.

    RESULTADOS OBTENIDOS POR I4-COWI

    1. Para el espectro SEE, la estructura es es ssmicamente competente.

    2. Para el espectro EEC, los esfuerzos son generalmente mayores que las capacidades de resistencia seccionales, especialmente en el caso de las vigas transversales cruzadas, lo que requiere incrementar las armaduras, estimadas en 2% de las secciones brutas correspondientes.

    RESULTADOS DE LA REVISION SISMICA DE IEC

    1. La comparacin de los principales perodos traslacionales de vibracin y sus respectivas masas equivalentes, permiten concluir que el modelo considerado por I4-COWI, para la torre central empotrada en una fundacin, fija o libre (infraestructura conformada por pilotes y fundacin), son razonables y validan este tipo de estructuracin en forma de A.

    SENTIDO

    PERIODO (s) COWI

    PERIODOS (s) IEC FUNDACION FIJA FUNDACION LIBRE

    TRANSV. 2.577 2.5754 2.6620

    TRANSV. 0.893 0.8828 0.9414

    LONGIT. 1.591 1.6622 1.7171

    LONGIT. 0.711 0.7391 0.7522

    2. Conclusin del anlisis: resultados satisfactorios.

  • 8

    ANALISIS NO LINEAL TORRE CENTRAL

    En esta etapa, se utiliza el procedimiento CAPACIDAD-DEMANDA, que consiste en una alternativa esttica equivalente de un anlisis formal tiempo- historia. Fundamentos del procedimiento: Igualdad de la CAPACIDAD (Oferta resistente de la Estructura) con la DEMANDA (resistencia que exige el sismo). La CAPACIDAD se determina mediante el procedimiento denominado push-over

    V

    Mg

    V

    g

    a

    La DEMANDA se determina a partir de los espectros de respuesta del sismo Sa

    g

    T

    T

    2,

    SaSdpero y

    2T

    Sa

    g

    Sd

  • 9

    Representacin grfica del procedimiento Capacidad-Demanda:

    0.0

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1.0

    1.2

    0.00 0.05 0.10

    Sd (m)

    Figura N5: Diagrama de Capacidad-Demanda

    Sa

    (g)

    capacidad

    demanda u= 1

    demanda u= 1.5

    demanda u= 3

    Punto de

    Desempeo

  • 10

    REVISION DEL ANALISIS CAPACIDAD-DEMANDA TORRE CENTRAL

    Niveles de desempeo:

    Nivel No. 1: requerimiento de desempeo elstico, para sismo SEE : (d/H)max = 0.2%

    Nivel No. 2: desempeo seguro, para sismo EEC: (d/H)max = 0.5%

    Desplazamientos en los puntos de desempeo menores que respectivos (d/H)max .

    Importante reduccin de esfuerzos debido al comportamiento no lineal de la estructura.

    Anteproyecto estructural satisface requerimientos de seguridad ssmica.

    Pila central Canal de Chacao - Sentido Transversal

    Punto de Desempeo para Nivel N 1 : D/H - max = 0.002

    0

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1

    1.2

    0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5

    Sd

    Sa/

    g

    Sa/g-Elastico

    Sa/g-Inelastico

    a/g-Capacidad

    Pila central Canal de Chacao - Sentido Transversal

    Punto de Desempeo para Nivel N 2 : D/H - max = 0.005

    0

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1

    1.2

    1.4

    1.6

    1.8

    0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5

    Sd

    Sa/

    g Sa/g-ElasticoSa/g-Inelastico

    a/g-Capacidad

  • 11

    PRINCIPALES REQUISITOS DE DESEMPEO PARA EL PUENTE

    1. Capacidad resistente local y global con adecuados mrgenes de seguridad.

    2. Perodo fundamental de vibracin del tablero alejado del de la torre central.

    3. Lo propio con respecto a viento (caso puente Tacoma, USA).

    4. Disipacin de energa que reduzca la duracin y magnitud de las vibraciones.

    yo

    vo

    t(seg)

  • 12

    Resultados:

    1. El prediseo estructural satisface los requisitos relativos a resistencia.

    2. Los valores resultantes del anlisis muestran que el perodo traslacional del tablero es entre 5 y 8 veces mayor que el perodo traslacional de la torre central.

    3. En el caso del puente Tacoma, el perodo torsional del tablero coincidi con el de la rfaga de viento que ocasion su colapso (5 segundos). En este caso, el perodo fundamental del tablero est comprendido entre 12 y 18 segundos, lo que origina una satisfactoria lejana entre perodos.

    4. En la etapa de diseo final, deber exigirse que los perodos traslacionales y torsionales del tablero se alejen entre s, y d