CONSULTA LINEAMIENTOS PARA EL DISEÑO SISMORESISTENTE DE PUENTES

Las consultas han sido presentadas por diferentes personas y las respuestas reflejan el criterio de la Comisión.

Para el caso de puentes Críticos si utilizo los Lineamientos debo necesariamente considerar el factor de importancia de 1.25 y los factores de reducción correspondientes a puentes Critico? Mayo 3, 2016

Respuesta:

i. El AASTHO LRFD clasifica los puentes de acuerdo a su importancia en Críticos, Esenciales y Otros, en tanto que, en los Lineamientos para el diseñode puentes, los puentes se clasifican en Críticos, Esenciales, Convencionales y Otros.

ii. El sismo para el diseño de los puentes tanto en el AASTHO LRFD, la Guía de diseño sísmico del LRFD y para los Lineamientos para el diseño sismorresistente de puentes independientemente de su clasificación es el que corresponde a un período de retorno de 1000 años.

iii.De acuerdo con los objetivos de desempeño establecidos en el AASTHO LRFD, los puentes clasificados como Críticos deben diseñarse para que estos permanezcan operativos y en funcionamiento normal para todo tipo de vehículo inmediatamente después del sismo de diseño (período de retorno de 1000 años), en contraste con lo anterior, los puentes clasificados como otros puentes debendiseñarse para que bajo la acción del sismo de diseño no colapsen, si bien es cierto, el sismo de diseño es el mismo en ambos casos, los factores de modificación de respuesta R son diferentes.

iv. De acuerdo con el AASTHO LRFD en 3.10.5, para el caso particular de los puentes Críticos, adicionalmente se debe revisar que estos permitan el tránsito de vehículos de emergencia o seguridad para un sismo con un período de retorno de 2500 años, el objetivo de desempeño en este caso sería el de no colapso.

v. De manera similar a lo comentado en el punto anterior (referido a la sección 3.10.5), en la sección 1. 3 de los Lineamientos se establece que los puentes clasificados como Críticos deben cumplir con un objetivo de desempeño de “Seguridad de Vida” para un sismo con un período de retorno de 2500 años, lo anterior se aclara a profundidad en los comentarios de esa sección (sección1.3).

vi. En ausencia de un estudio de riesgo especifico, el factor de importancia I = 1.25 establecido en los Lineamientos permite aproximar el sismo de 2500 años en función del correspondiente para 1000 años, por lo tanto, este factor puede ser utilizado para realizar la verificación solicitada para puentes Crítico.

En conclusión, los puentes clasificados como Críticos deberán diseñarse utilizando un sismo con un período de retorno de 1000 años aplicando los factores de respuesta R correspondiente a puentes Críticos que se detallan en la tabla 3.4 y deberán verificarse para un sismo con período de 2500 años (o en su defecto para el sismo de 1000 años incrementado con un factor de importancia de 1.25) y en esta verificación se deberán utilizar los factores de R de puentes convencionales.

Respecto a los lineamientos para el diseño sísmico de puentes: En la sección 2.5, último párrafo de la página, se especifica que en el caso de diseño de Muros de contención la aceleración de campo libre debe ser mayor o igual a 2/3 de la aceleración pico efectiva (aef), sin embargo, que se recomienda en el caso que se emplee el procedimiento general (sección 2.4) se emplea aef o 2 aef/3? Además, aunque tal vez no es competencia de ustedes, para el cálculo del coeficiente de empuje sísmico horizontal rige prioritariamente las indicaciones del AASHTO LRFD 2012 o el código de cimentaciones de Costa Rica (cuadro 6.2). (Junio, 2014)

Respuesta:

Los Lineamientos para el Diseño Sismorresistente de Puentes no dan referencias explícitas en cuanto a los coeficientes sísmicos para el diseño pseudo estático de taludes y muros para las diferentes zonas sísmicas del país. Estos deberán ser proporcionales a la aceleración pico efectiva para un periodo de retorno de 1000 años. En su defecto recomendamos que se utilice el coeficiente Ca, reducido por un factor de 2/3 de la tabla 2.4.-1 de los LDSP 2013.

Un coeficiente sísmico sustituye la fuerza de inercia alternante y temporal por una fuerza fija, por lo que la aceleración pico efectiva deberá ser reducida para no castigar indebidamente el método pseudo estático. Se han publicado varios artículos sobre el factor de reducción a aplicarse a una aceleración pico para obtener el coeficiente sísmico (Laporte, M. (2004): "Propuesta para la escogencia del coeficiente dinámico para el análisis pseudo estático de taludes", Memorias III Congreso Panamericano de Enseñanza-Aprendizaje de Ingeniería Geotécnica, CFIA, San José, CR). Laporte concluye que lo normal es utilizar el rango de 0.5 - 0.7 para reducir la acelaración y así obtener el coeficiente sísmico. Específicamente una posición atinada es reducir la aceleración pico por 2/3 (Monahan, P. Leveson, McQuarrie, Bean, Henderson y Sy (1999): "SeismicMicrozonificationMapping in Greater Victoria, British Columbia, Canada". Specialty Conference on Earthquake Engineering and Soil Dynamics III. ASCE, Special Geotechnical Publication N.° 75.) Como el valor de Ca mostrado en la tabla 2.4.-1 corresponde a la aceleración pico efectiva para las diferentes zonas sísmicas y para los diferentes sitios de cimentación, este valor reducido por 2/3 podrá utilizarse como coeficiente sísmico.

Esta reducción de 2/3 NO está justificada por el artículo 2.5 de los LDSP donde se habla de estudios específicos de amenaza sísmica y de respuesta dinámica, sino por la escogencia de los coeficientes sísmicos del método pseudo estático, arriba comentada.

Lo que la última oración de la página 28 (art. 2.5) establece es un valor mínimo de “aceleración de campo libre en la superficie del terreno” para el caso que este sea derivado del procedimiento específico. Este mínimo es 2/3 del derivado del procedimiento general. El artículo no menciona nada respecto al valor del coeficiente sísmico a utilizar en un muro de retención. O sea que los Lineamientos son omisos en brindar recomendaciones de demanda sísmica para los muros de retención en puentes.

Debe indicarse que el cuadro 6.2 del Código de Cimentaciones 2009 corresponde a la tabla 13.2 del  Código Sísmico de Costa Rica 2010, excepto para el caso S4, zona II. Es importante mencionar que la derivación de estos datos corresponde a edificaciones, los cuales tomaron como base un período de retorno de 500 años. Por tanto, no deben utilizarse estos valores para puentes en los que el período de retorno es de 1000 años.

En relación con los Lineamientos para el Diseño Sismorresistente de Puentes la tabla 3.1 de clasificación y factor de importancia operacional está relacionado con su existencia sobre tipos de rutas, TPD, servicios y otros. La sección C3.1 del comentario da la explicación relacionada al tránsito de vehículos.

¿Existe algún criterio específico para definir la importancia para puentes peatonales?, específicamente aquellos que se no se encuentran en la dirección del flujo vehicular de las rutas sino las cruzan, ¿que sean de acceso libre al público o privados entre edificaciones sobre rutas?

Respuesta:

En lo que corresponde a la clasificación por importancia de los puentes peatonales, en general esta se basa en factores relacionados con su función, su ubicación, el impacto que tendría su falla tanto en la seguridad de las personas, la continuidad del servicio y el entorno (criticidad del servicio y riesgos asociados con su falla).

Los puentes peatonales, según se establece en la normativa vigente (Lineamientos para el Diseño Sismorresistente de Puentes), pueden ser clasificados como puentes críticos, esenciales, convencionales o de importancia normal y otros. Al igual que sucede con los puentes vehiculares, es responsabilidad del propietario o administrador del proyecto el establecer o clasificar el puente dentro de las diferentes categorías antes citadas. Sin embargo, le corresponde al responsable del diseño de la estructura asesorar y guiar al propietario sobre cuál debería ser la categoría más adecuada bajo la cual se debería clasificar el puente.

Como se ha mencionado anteriormente, la clasificación del puente dentro de las diferentes categorías establecidas debería basarse en la consideración de factores tales como función del puente, ubicación y contexto, impacto social y económico de su falla y además valor histórico o cultural.

Con la intención de brindar ayuda para la clasificación, a continuación se presentan criterios que pueden guiar a la hora de seleccionar una categoría específica:

1. Puentes Críticos

● Definición: Aquellos cuya falla tendría consecuencias catastróficas, tanto en pérdida de vidas humanas como en el impacto sobre la conectividad y los servicios esenciales.

● Características:

- Ubicación en zonas de alto tránsito peatonal.
- Uso frecuente en situaciones de emergencia o evacuaciones masivas.
- Pueden estar conectados a instalaciones críticas como hospitales, estaciones de transporte público masivo, escuelas, o zonas industriales de altos volúmenes peatonales.
- Puentes que crucen vías vehiculares clasificadas como críticas.

● Ejemplo: Puentes peatonales que conectan hospitales con estacionamientos o estaciones de ferrocarril, estaciones de emergencia, refugios o similares.

2. Puentes Esenciales

● Definición: Son aquellos que soportan un tráfico peatonal elevado en condiciones normales y cuya interrupción generaría inconvenientes significativos para la población.

● Características:

- Ubicados en áreas urbanas densamente pobladas o zonas turísticas importantes.
- Alta sensibilidad al tiempo de inoperatividad.
- Generalmente diseñados para soportar eventos sísmicos moderados o con altos niveles de redundancia estructural.

● Ejemplo: Puentes que conectan centros comerciales con estaciones de transporte público en zonas de alta densidad urbana.

3. Puentes Convencionales

● Definición: Sirven a comunidades pequeñas o sectores urbanos de menor densidad poblacional. Su falla impactaría la movilidad de ciertas personas, pero no generaría riesgos catastróficos o grandes disrupciones.

● Características:

- Uso moderado y generalmente ubicados en áreas suburbanas.
- En caso de falla el impacto es local.
- Diseñados considerando eventos sísmicos menos frecuentes.

● Ejemplo: Puentes peatonales en parques o zonas residenciales con tráfico moderado.

4. Otros Puentes

● Definición: Su función es secundaria, están ubicados en áreas con tránsito peatonal ocasional, y su interrupción tendría un impacto mínimo en la movilidad o seguridad de la población.

● Características:

- Ubicados en zonas rurales o sitios con baja densidad de población.
- Tráfico peatonal limitado o estacional.
- Generalmente no forman parte de rutas críticas de evacuación o transporte.

● Ejemplo: Puentes peatonales en senderos ecológicos o caminos rurales.

Es importante aclarar que, los puentes peatonales con valor histórico, cultural o simbólico son estructuras especiales que aunque no necesariamente son críticos para los servicios esenciales, su preservación puede ser prioritaria. La adecuación y el tratamiento de este tipo de estructuras requiere de consideraciones muy particulares que está fuera de los alcances de esta normativa.