El aislamiento de base y la disipación de energía han tenido un avance importante en los últimos años, y han sido considerados en el diseño de la muchos de los puentes modernos con grandes claros que se han construido en Chile. En el trabajo (Sarrazin
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et al., 2001), se presentan los resultados del monitoreo realizado a dos puentes que contaban con dispositivos de aislamiento y disipación de energía. Los puentes estudiados son el Marga Marga, el cual tiene un sistema de aislamiento de base mediante apoyos elastoméricos de alto amortiguamiento (HDRB), y el puente Amolanas (Figura 2.5.3), el cual cuenta con un sistema combinado de apoyos deslizantes y amortiguadores viscosos. En el trabajo que se comenta se presenta una comparación entre los resultados experimentales y los analíticos.
La superestructura del puente Amolanas está formada por una trabe tipo cajón de 268 m de longitud. Esta trabe está soportada por apoyos deslizantes en dirección longitudinal, con excepción del apoyo en la pila más alta, el cual esta fijo en ambas direcciones. El puente está soportado por tres pilas de concreto, de sur a norte, las dimensiones son 22.30, 49.10 y 101.30 m de altura, respectivamente. En cada uno de los estribos están colocados dos amortiguadores viscosos (no lineales), que ayudan a disipar la energía. Las columnas son de concreto reforzado de sección octogonal hueca. Éstas, a su vez, se desplantan sobre cimientos rectangulares individuales, soportados en suelo rocoso.
Figura 2.5.3 Puente Amolanas
La viga, esta soportada en 10 apoyos de tipo deslizante; 2 apoyos en cada uno de los estribos y 2 en cada una de las pilas. Todos ellos, excepto los dos que sirven como soporte a la tercera pila de Sur a Norte, están libres de movimiento en la dirección longitudinal.
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Con la finalidad de obtener las características dinámicas actuales del puente, se desarrollaron pruebas en campo, recolectando registros de microvibraciones en diferentes posiciones y direcciones de la superestructura del puente.
Con el propósito de determinar el espectro de diseño del sitio, así como el conjunto de registros de historias en el tiempo, se hizo un análisis de riesgo sísmico de la región, en el cual se concluyó que el sismo que rige en el diseño, tiene una magnitud de 𝑀 = 8.5; con un epicentro localizado a 30 𝑘𝑚 de la costa a 20 𝑘𝑚 bajo el mar. La topografía, así como el tipo de suelo fueron considerados para definir el espectro de diseño y poder generar los registros sintéticos de diseño sísmico.
El principal objetivo de la instrumentación fue obtener las frecuencias naturales, los modos de vibración y el amortiguamiento de la estructura. Por medio de los registros obtenidos en las pruebas, se obtuvieron las frecuencias y los modos de vibración del puente. También se desarrolló un modelo analítico de elemento finito para comparar los resultados obtenidos en campo, respecto a los analíticos. En la Figura 2.5.4 se muestra una comparación de los resultados experimentales y analíticos para algunos de los modos de vibrar de la estructura. Los resultados analíticos muestran congruencia con los experimentales.
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Figura 2.5.4 Comparación de los modos de vibrar obtenidos analíticamente, respecto a los experimentales (Sarrazin et al., 2001)
El otro puente que se estudió (puente Marga Marga) fue el primer puente chileno diseñado considerando aislamiento de base mediante apoyos HDRB. El puente se instrumentó con una red de 21 acelerómetros, que permitieron identificar las características dinámicas de la estructura (frecuencias y formas modales), a partir de registros, tanto de microvibraciones ocasionadas por el tráfico, como de registros obtenidos durante movimientos sísmicos. Desafortunadamente, ninguno de estos movimientos fue lo suficientemente fuerte para producir deformaciones considerables en los apoyos. Las deformaciones máximas en los apoyos de la pila central durante el sismo más intenso fue de 2.8 mm en dirección transversal y de 1.5 mm en dirección longitudinal. Estas deformaciones representan deformaciones a cortante en los apoyos de 1.2% y de 0.70% de la altura efectiva del caucho respectivamente. Las deformaciones son relativamente bajas en comparación con la deformación que pueden soportar este tipo de apoyos.
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Para las microvibraciones, los registros obtenidos en la noche son de menor magnitud que los obtenidos en el día. Todos los registros fueron usados para determinar las frecuencias naturales y los modos de vibración.
Los registros muestran una aceleración pico máxima, obtenida en la superestructura (losa), en la dirección transversal, en la sección donde se ubican los estribos. Se puede observar que las aceleraciones de las pilas decrecen en un porcentaje que va del 40 al 70%, respecto a las aceleraciones de la superestructura. Las frecuencias naturales y modos de vibración se determinaron usando diferentes métodos no paramétricos. Otro objetivo en este trabajo, fue determinar la no linealidad de la respuesta con la magnitud de las vibraciones. Para ello, se compara la diferencia en las frecuencias obtenidas por las microvibraciones y las obtenidas en los registros por sismo. Se verifica que aun cuando el sismo fue de magnitud pequeña, las frecuencias naturales disminuyen cerca del 10%.
De esta forma, se observa en general para el puente Amolanas, que los resultados teóricos representan de manera efectiva los datos obtenidos en forma experimental. Sin embargo, esto es válido sólo cuando se utilizan registros de pequeñas vibraciones. Para el puente Marga Marga, se observa el efecto de aislamiento entre la las pilas y la superestructura, con una importante reducción de las aceleraciones (40-70%); así mismo se observa un fenómeno de amplificación en la componente vertical. Este fenómeno también ha sido observado en otros puentes con aislamiento en Chile.
2.5.3 PRUEBAS EXPERIMENTALES EN APOYOS CONVENCIONALES DE